板坯连铸结晶器振动台振动检测控制方法
专利名称：板坯连铸结晶器振动台振动检测控制方法
技术领域：
本发明涉及一种板坯连铸结晶器振动台振动检测控制方法。
背景技术：
结晶器是连续铸钢中的铸坯成型设备，也是连铸机心脏设备和关键技术。它的功能是将连续不断地注入其内腔的高温钢水通过水冷铜壁强制冷却，导出其热量，使之逐渐凝固成为具有所要求的断面形状和坯壳厚度的铸坯。并使这种芯部仍为液态的铸坯连续不断地从结晶器下口拉出，为其在以后的二次冷却区域内完全凝固创造条件。而结晶器振动装置主要功能是使结晶器按给定的振幅、频率和波形偏斜特性沿连铸机外弧线运动。其目的是便于“脱模”，防止铸坯在凝固过程中与结晶器铜壁发生粘结而出现粘挂漏钢事故。针对于板坯生产的结晶器由于其铸坯横幅大，厚度薄，使得其所需结晶器振动平台较其它铸坯面积大很多，造成其在生产过程中对平台振动的振幅、频率和偏斜率等常有更为严格的要求，并同时对振动台面的各向振动同相有严格要求，实际生产中要求振动台按工艺要求设定的振动波形和振幅、相位、频率等进行工作，从而获得理想的负滑脱量和波形偏斜率等关键工艺参数，为连铸机铸坯“脱模”创造条件。目前使用的板坯结晶器振动系统往往由生产厂商提供一套对振动激励源的控制系统，该系统以振动激励源的输出的振动信号作为反馈控制的参考信号，结合现场拉速信号，可以保证激励源输出稳定而符合工艺要求的振动参数。然而无论何种连铸结晶器振动装置，最终对钢坯生产具有有效影响的振动是在振动台上的振动参数，而非振动源上的振动参数。实际上，由于通过机械结构传递到有效工作面的有效振动因各种机械原因，如结构磨损老化等，会发生振动的变异，使得钢坯成型时获得的波形、振值和相关的工艺参数与原有控制系统设定的期望值有一定的差异这种差异性容易导致结晶器的运行参数设定错误。引起产量和质量问题，严重时会危及生产的安全，如发生漏钢事故。正由于现有控制系统并不对实际台面的振动情况进行分析，所以无法满足板坯结晶器的实际振动控制要求，而使结晶器无法达到最佳工作状态。
发明内容
本发明的目的是提供一种板坯连铸结晶器振动台振动检测控制方法。解决目前的板坯结晶器振动控制系统无法根据实际台面振动参数进行响应和产生相应控制，而无法满足实际生产中的振动参数的切实需要的问题板坯连铸结晶器振动台振动检测控制方法包括如下步骤1)采集垂直振动信号4路、横向晃动信号2路、拉速Vc信号1路，计算垂直信号之间的相位差、各个垂直振动信号的频谱、所有垂直信号和所有晃动信号的振幅、所有垂直振动信号的频率f和偏斜率α；2)比较垂直振动各个采集点的相位差或横向晃动的振幅是否超过安全警戒，检验各个垂直振动信号的频谱是否超过安全警戒，超过安全警戒紧急报警信息；3)结晶器启动过程振动控制结晶器启动阶段，拉速Vc迅速上升，配合拉速Vc变化而进行的振动台调整方法为根据当前拉速Vc条件下，板坯生产工艺对板坯连铸结晶器的振动参数范围要求同实测台面振动参数进行比较，若实测振动参数在工艺允许范围外，则控制振动源输出满足工艺允许范围的振动参数，采集改动后的振动台面振动参数，与前工艺范围进行比较，若实测新振动参数依然在工艺允许范围外，进行报警，反之，采集新的拉速Vc，取该拉速条件下板坯生产工艺的结晶器振动参数范围要求，若当前振动参数在新拉速对应的振动范围要求外，则重复调整振动源过程以适应新拉速，重复调整直到结晶器启动完毕，拉速Vc进入稳定工作过程，进行调整的振动参数包括结晶器振幅，结晶器振动频率，结晶器振动波形偏斜率；4)结晶器稳定工作过程中振动优化控制考察当前拉速Vc条件下对板坯生产工艺对负滑脱时间的要求，根据实测台面偏斜率α，和实测振幅A计算达到生产工艺要求的负滑脱时间tN所需要的台面振动频率fT，依据计算公式为负滑脱计算公式tN=60(1-α)πf·cos-1((1-α)Vc2πfA)]]>，若fT超过振动源提供的频率范围，则通过调整振幅到AT，使fT和AT均在振动源提供的频率和振幅范围以内，调整振动源激励，使激励源最终在结晶器振动台面产生的频率和振幅达到产生相应负滑脱时间所需频率fT和振幅AT。
所述的垂直振动信号为在结晶器振动平台表面四个顶点上分别进行采集的共4路振动方向垂直于平台表面的振动信号；横向晃动信号为在结晶器振动平台的两个相交侧面上分别进行采集的共2路振动方向与相应侧面垂直，与平台平面平行的横向晃动信号。
计算垂直信号之间的相位差，各个垂直振动信号的频谱以计算的第一路垂直信号的相位作为基准0相位，计算其它信号同该路信号的相位差，各路信号的相位计算可通过离散傅立叶算法计算幅频特性和相频特性，取主频对应的相位为该信号的相位，所得幅频特性为信号的频谱。
计算所有垂直信号和所有晃动信号的振幅结晶器平台振动为类正弦振动，振幅相对起振位置对称，故在采集得到的512点或1024点数组内寻找采样点中的最大值和最小值，计算两个最值的中值点，在大于中值点的所有值中寻找所有符合如下特征的点，该点的以前的点中有且仅有一个低于中值的点，该点以后的点中有且仅有一个低于中值的点，该点为两个低于中值点之间所有点中的最大值，其为一次波峰，相似的算法，取两个高于中值的点之间的最小值为一次波谷，计算平均波峰值和平均波谷值，计算峰峰值，取其一半得到振动振幅。
计算所有垂直振动信号的频率f结晶器平台振动频率远低于25Hz，使用200Hz的采样频率对连续信号进行数字化，采集512点或1024点，在得到的采样点数组内找到表示一个完整波形所需要的点集，完整波形所需要的点集为连续出现的两个波峰或连续出现的两个波谷之间所有采样点构成的集合，波峰，波谷点在振幅计算中已经得到，计算点集内元素的数目，除以采样频率200Hz，得到振动信号的频率。
计算偏斜率α在表示一个波形的点数中，计算表示半周期的点数，计算半周期内上升到最高值的点数表示非正弦波上升时间A2，以半周期的一半，既1/4周期的点数为同频率正弦波的上升时间A1，通过定义α=A2-A1A1×100%]]>进行计算，得到波形的偏斜率。
比较垂直振动各个采集点的相位差或横向晃动的振幅是否超过安全警戒，检验各个垂直振动信号的频谱是否超过安全警戒其中相位差的安全警戒设置为相位差在3弧度以内，晃动的振幅安全警戒设置为各方向晃动振幅在0.2mm以内，对垂直信号的频谱安全警戒要求为通过离散傅立叶算法计算信号的幅频特性——频谱，在特性中如果任一副频率对应的幅度达到或超过主频率对应幅度的20％，则认为出现复频谱，即产生频谱的安全警戒。
结晶器启动过程振动控制，启动过程调整振动源的方法为设工艺要求的振动参数振幅范围为Ax～As，频率范围为fx～fs，偏斜率范围为ax～as，取中值As-=As+Ax2,]]>fs-=fs+fx2,]]>αs-=αsαx2]]>作为调整振动源波形输出的控制参数，结晶器的振动参数范围要求根据不同的钢种的生产工艺指标进行确定。
结晶器稳定工作过程中振动优化控制，稳定工作过程中调整振动源的方法为计算振动台调整增幅ΔA＝AT-A，Δf＝fT-f，振幅增幅在±λ范围内，频率增幅在±σ范围内，认为振动源的振动参数变化对振动台面的影响为比例关系ΔT＝k·Δ，其中λ的范围取0.2mm，σ的范围取3l/min，将需要调整的增幅，按线性范围分为几个调整段，ΔA1...ΔAn，其中n为不小于 最小整数，Δf1...Δfn其中n为不小于 最小整数；振幅调整段-的绝对值不大于λ，频率调整段的绝对值不大于σ；操作振动源按各个调整段，分阶段段改变振源振动参数，直到完成振动平台的振动参数的增幅ΔA，Δf调整，振动源提供的频率范围为0l/min～900l/min，振动源提供的振幅范围为0mm～8mm。
操作振动源按各个调整段，分阶段改变振源振动参数，直到完成振动平台的振动参数的增幅ΔA，Δf调整各阶段所采用的调整方法是以振源设备可调整的最小调整幅度ΔAmin和频率Δfmin，进行阶段内的试探性调整，用调整后在振动平台上引起的变化ΔAmin′和Δfmin′带入线性关系式ΔT＝k·Δ中，计算对应的比例系数k，计算本阶段剩余需要振动台调整的增幅ΔAE＝ΔA-ΔAmin′，ΔfE＝Δf-Δfmin′，使用系数k，计算本阶段达到剩余增幅所需要振源调整的增幅ΔASource，ΔfSource，用该增量调整振源完成本阶段调整，开始下一个阶段调整，直到增幅ΔA和Δf达到，或最后阶段剩余的增幅ΔA，Δf小于设备可调节的最小增幅在阶段内的线性影响kΔAmin，kΔfmin。
本发明达到的有益效果是，本发明所描述的检测控制方法，通过对结晶器振动台振动情况的直接检测。并对检测到的第一现场信号进行分析处理，指导结晶器振动源振动参数的修正，该修正可以有效的弥补由于传动机构的影响而带来的有效振动波形的损失，使产品的质量和产量得到有效保证和改善。同时对振动台面的实时检测，可以及时发现各种危险征兆，尤其是由于非振动源因素(非振动源因素对于只检测振动源的系统来说是无能为力的)，如振动台损坏或安装问题而引起的危险工作状态，在事故实际发生以前进行及时报警，使现场有足够的反应时间来进行紧急处理，以减少事故发生造成的损失。本发明提高产品质量，稳定产品产量，提高对生产安全的保障力度，减少事故损失，为企业带来可观的直接和间接的经济效益。
图1为发明的板坯结晶器振动检测控制方法总框图；图2为发明的板坯结晶器振动检测控制方法振动台晃动信号检测部分框图；图3为发明的板坯结晶器振动检测控制方法振动台垂直信号检测部分框图；图4为发明的板坯结晶器振动检测控制方法紧急状态振动控制部分框图；图5为发明的板坯结晶器振动检测控制方法正常状态振动控制部分框图；图6为板坯结晶器振动平台振动检测示意图；图中拉速信号源1、振动台晃动信号源2、振动台垂直振动信号源3、信号采集数字化处理4、拉速计算5、振幅计算6、频率计算7、偏斜率计算8、离散傅利叶变换9、幅频特性10、相位差11、综合检测判断器12、报警处理13、结晶器启动过程振动调整14、结晶器稳定工作过程振动优化调整15、横向晃动误差警戒线16、晃动数据判断处理17、垂直信号检测18、拉速数据19、频率相位警戒线设置表20、频率相位警戒线判定21、数据传递通道开关22、调整方式选择23、拉速对应工艺振幅范围24、拉速对应工艺频率范围25、拉速对应工艺偏斜率范围26、振动源振动参数设置27、延时28、垂直信号源振动采集分析流程29、垂直方向实际振幅数据30、垂直方向实际频率数据31、垂直方向实际偏斜率数据32、横向晃动振幅数据33、原拉速工艺确认判断34、新拉速工艺确认判断35、垂直振动参数实际增量需求计算36、以拉速为索引的工艺参数表37、振源控制调整数据库38、需调整振动台振幅增量总目标39、需调整振动台频率增量总目标40、线性范围内振动台振动参数增量计算41、阶段性实际振幅调整目标增量42、阶段性实际频率调整目标增量43、判断是否需调整44、启始检测过程45、振动源可调振幅最小步长46、振动源可调频率最小步长47、阶段内剩余振源增量需求计算48、振源线性范围振幅剩余增量49、振源线性范围频率剩余增量50、已完成调整增量累计计算51、已完成调整增量52、板坯结晶器振动平台53、平台振动测量方向与位置54、振动源55、振动源控制器56。
具体实施例方式
本发明采用的结晶器振动方程形式为基于复合函数的非正弦振动波形方程，该方程为方法实现控制和检测所依赖的根本原理，该方程的数学表达式为y=-r(_)其中 式中y为振动方向上的位移，单位mm；r为振动的振幅，单位mm；f是振动的频率，单位为l/min；t为时间经历，单位s；e为波形系数，该系数用以调节振动波形的偏斜率，当e＝0时，波形方程所表达的既是时间轴上的正弦波。该公式可以方便的表示任何偏斜率情况下的振动波形方程，故对于控制方法来说是最理想的选择。
波形的偏斜率是结晶器振动过程中一关键的参数，其是直接影响负滑脱率以及其它负滑脱参数的主要因素之一，波形偏斜率的数学定义如下α=A2-A1A1×100%]]>………………………………………………………………………………②式中α为偏斜率，此处A1为同频率正弦波的上升时间，A2为同频率非正弦波上升时间，偏斜率越大则波形的下降时间越短。
其中，振动的负滑脱时间参数对产品表面质量的影响最大，对于负滑脱时间的定义如下tN＝t2-t1………………………………………………………………………③
t1为振动周期内振动位置在振动原点上方，而振动速度与拉出速度方向相同并且速度相同的时间点，t2为振动周期内振动位置在原振动点下方，而振动速度与拉出速度方向相同并且速度相同的时间点。tN为结晶器的振动速度以与拉出速度方向相同并且大于拉出速度运行的时间段，称之为负滑脱时间。当结晶器处于负滑脱运行状态时，有助于连铸初生坯壳被压合并顺利脱模，可防止坯壳的粘连，避免漏钢，同时过长的负滑脱时间会在铸坯表面产生较深的振痕，成为影响产品表面质量的一个重要原因。方法对振动进行控制的目的在于对不同拉速情况下的振动参数进行调整，以达到保证拉速下生产安全运行，同时振痕最浅的目的。解决这个问题的关键是讨论tN同振动参数之间的关系。在波形方程①描述波形的情况下，负滑脱时间，负滑脱率，负滑脱时间率的可用公式表示如下tN=60(1-α)πf·cos-1((1-α)Vc2πfA)]]>…………………………………………………………………………………④NS=(1-2fA(1-α)VC)×100%]]>…………………………………………………………………………………⑤NSR=2(1-α)π·cos-1((1-α)Vc2πfA)×100%]]>…………………………………………………………………………………⑥式④中的tN为负滑脱时间，A为振动的振幅，单位mm，Vc为拉速，单位m/min，其余变量同公式①中相应变量意义相同。公式④作为结晶器振动控制的基础原理使用。
式⑤中NS为负滑脱率，其余变量同公式④中相应变量的意义相同。
式⑥中NSR为负滑脱时间率，其余变量同公式④中相应变量的意义相同。
根据公式可以发现负滑脱时间与负滑脱率之间有以下关系tN=60·2A(1-NS)πVc·cos-1(1(1-NS)π)]]>………………………………………………………………………………⑦引入冲程拉速系数的概念，定义Z=hVc(h=2A)]]>………………………………………………………………………………⑧Z为h的单位为mm，Vc单位为m/min时对应的数值比，无单位。
公式⑦可变形为tN=3Z50(1-NS)π·cos-1(1(1-NS)π)]]>………………………………………………………………………………⑨
对于任意一组振幅与拉速以及偏斜率，都存在一个f0，当f＜f0时，使得tN＜0。f0可由下面公式计算f0=(1-α)Vc2Aπ=1000(1-α)πZ]]>……………………………………………………………………………⑩式⑩表达的是使tN消失的最低临界频率，由公式可以得到，当拉速Vc与振幅A都恒定时，偏斜率越大，则临界频率越小，说明在使用偏斜率较大的波形情况下，可以使用较低的振动频率就可以满足振动对负滑脱时间的需求。
负滑脱时间太大会加剧铸坯表面振痕深度，破坏表面质量，负滑脱时间太小会不利于脱坯，引起粘连，从而引发结晶器漏钢或铸坯拉裂事故，对应一定的拉速，选取合适的尽可能小的负滑脱时间是结晶器振动控制的关键。
考察式⑨和⑤，取一定Z值和偏斜率α，可以发现，在NS＞2.4％的时候，负滑脱时间随频率增加而增加，且变化极迅速，使用该段调节，则调节难度大，而当NS＜2.4％的时候，负滑脱时间随频率增加而下降，且变化缓慢，平稳，故应使用该段调整负滑脱时间，即振动频率只能在大于fNS的频率以上考虑进行调节，fNS为NS＝2.4％时对应的频率，。其在不同的Z和α下有不同的表现值。同时由式④与式⑧可以得出，Z值越大，负滑脱时间随频率增加在NS＝2.4％以外的下降越迅速，过大的值如大于5会使得很小的频率变化即产生很大的负滑脱时间，而Z值越小，其整体的负滑脱时间越小，而负滑脱时间随频率变化的幅度与可调范围也会减小。而α的影响与Z类似，α越大，负滑脱时间越小，负滑脱时间可受频率影响越小，尤其α≥1时，负滑脱时间完全消失，α越小，负滑脱时间越大，过高的负滑脱时间需要较高的频率来匹配。所以从方便控制的角度考虑，Z和α的取值被控制在使频率在2fNS位置时对应负滑脱时间对应频率的变化曲线的斜率K的绝对值小于3的范围内，同时其尽量避免使fNS＞Fmin(Fmin为实际设备条件允许的频率调整范围的最低频率，最高频率为Fmax)以保证设备的频率范围全部落在NS＜2.4％对应的区间内，如果不能保证，则至少保证fNS≤fmin+(fmax-fmin)×40％，即至少保留60％的设备可调节频率范围落在有效调节频率范围(NS＜2.4％)内。理想的状态是保持Z值恒定，即对应一个拉速有一个匹配的振幅，实际生产中不可能使用这样的匹配方式，而是将拉速分为几个区段，每一个区段采用一个共同的振幅。对于结晶器的振动参数的控制即按照以上约束进行合理的α值和h值的确定，通过频率的调整来满足不同拉速对负滑脱时间的要求。为控制方便通常按实际经验在40％～50％之间取一值作为α的固定值，而只通过h的调整来匹配对fNS的要求。
检测控制方法为满足实际要求，所发明的结晶器振动检测控制方法分为检测部分与反馈控制部分两大部分，其中反馈控制部分又分为正常振动处理，和非正常振动紧急避险处理两个处理方式。
方法的检测部分流程方法处理的输入信息包括，振动台面四个角位置上测量的垂直振动信号，振动台面横向的两路晃动信号，结晶器拉速信号，所有信号为离散化的数字信号。两路晃动信号分别计算它们的振幅，检验其是否为危险的工作信号。四路垂直信号分别计算其频率，振幅，和偏斜率，并以此为依据，结合拉速信息计算各个位置上振动的负滑脱时间，负滑脱率，负滑脱时间率，以及冲程拉速系数。同时计算四路信号的各自频谱(离散傅立叶变换)，并以第一路信号为基准信号计算各路信号相对第一路信号的相位差。所得到的数据同所要生产的钢种的工艺参数(由钢厂提供)进行匹配。工艺参数以拉速为索引，比对不同拉速情况下各个振动参数是否符合要求，差异为多少，根据差异情况，判断是否某个参数处于危险状态。检测流程的结果作为启动反馈控制流程输入控制参数。
方法的反馈控制流程如果检测结果包含以下情况，采用非正常振动紧急避险处理流程，情况包括，横向晃动各参数超过警戒线，相位差超过警戒线，现场拉速条件下的实际垂直振动参数与工艺表内此拉速条件下的工艺指标差异操作警戒线。此外的情况为实际垂直振动参数与工艺指标的有较小差异，不构成警戒状态，此时采用正常振动处理流程。无论是那种情况下对振动源的调整均通过对振幅、频率及偏斜率三个振动波形控制变量的调整来实现。
正常振动处理需要使用此流程处理的情况具为拉速处于稳定状态，不存在安全异常情况。此时，垂直振动参数同工艺参数的差异往往是由于传动机构的影响造成的，如果考察其振动源的输出参数，其与工艺参数符合度会很高，此类差异不会带来对安全生产的威胁，只会影响铸坯的表面质量。由于不清楚传动机构对振源的频率，振幅，和偏斜率带来的影响的确定数学模型，可以了解的是，振源频率的增加或减少，振幅的增加或减少，偏斜率的增加或减少，在传动机构正常的情况下引起振动台面相应实际振动参数的增加或减少，不知道具体变化幅度系数。故不适合将一次性补偿到位的方法的去调整振动源振动。考虑在足够小的调整范围内，传动机构对振幅和频率的影响近似满足线性关系，根据实际统计测量振动台振幅调整范围为0.2mm，频率在3l/min范围内调整时，设备可以安全的满足线性关系式Δr＝kΔs，其中Δr为经过传动后得到的参数增幅，Δs为激励源上的相应参数的增幅，k为小范围内的线性匹配系数。
非正常振动紧急避险处理该处理分为两种，一种是由于传动机械结构故障引起的无法通过振动源进行调整的紧急状态；一种是由于拉速急剧变化(结晶器的启动时间段)而引起的瞬间拉速与振动参数不匹配产生的紧急状态，该状态可以通过迅速调节参数予以消除。如果通过检测发现了相位差异超出警戒水平，或横向的晃动超过警戒水平则属于第一种紧急状态，直接向外报警，而对于出现垂直振动参数超过警戒水平，则应尝试对振动参数进行抢救性调整，若调整后没有得到相应的响应，认为是第一种紧急状态，反之则为第二种紧急状态。检测控制流程的详细调节步骤描述如下
设设备执行机构能够调整的最小步长分别为，最小振幅调节幅度ΔAmin，最小频率调节幅度Δfmin，设备振幅可调节范围为Amax～Amin，频率调节范围为Fmax～fmin，偏斜率调节范围αmax～αmin，振动波形调整到实际振动波形改变之间的响应时间为TR；工作拉速为Vc，对应拉速工艺表要求的振幅为As，频率为fs，偏斜率为αs，实际测量波形得到的振幅为A，频率为f，偏斜率为α，其中振幅和频率具体每次测量结果用An，fn来表示。振幅线性变化范围ΔAd，频率线性变化范围Δfd。检测控制方法处理步骤为1.采集垂直振动信号4路，横向晃动信号2路，以及拉速信号1路，拉速信号现场为电流信号，其对应拉速成线性关系，故可由标定系数后的线性公式求得Vc＝KI+B，K，B为待标定系数，采集信号数组累计512点或1024点(在200Hz采样频率下，信号的采样时间为2.56S。考虑结晶器起振时工作在最低工作频率上，为30l/min即0.5Hz，所以取2.56s秒的采样时间即保证了最低工作频率下系统至少采集到一个周期的样本，亦保证了控制反馈时间满足设备工作的要求)后进入步骤2进行数值处理。
2.通过经典的离散傅立叶算法计算各个垂直信号的幅频特性(频谱)和相频特性，以计算的第一路垂直信号的相位作为基准0相位，计算其它信号同该路信号之间的相位差。计算垂直信号和晃动信号的振幅，振幅计算基于以下认识，结晶器平台振动为类正弦振动，振幅相对起振位置对称，故在采集得到的512点或1024点数组内寻找采样点中的最大值和最小值，计算两个最值的中值点，在大于中值点的所有值中寻找所有符合如下特征的点，该点的以前的点中有且仅有一个低于中值的点，该点以后的点中有且仅有一个低于中值的点，该点为两个低于中值点之间所有点中的最大值，其为一次波峰，相似的算法，取两个高于中值的点之间的最小值为一次波谷，计算平均波峰值和平均波谷值，计算峰峰值，取其一半得到振动振幅；计算垂直振动信号的频率f频率的计算基于以下事实，结晶器平台振动频率远低于25Hz，使用200Hz的采样频率对连续信号进行数字化，采集512点或1024点，在得到的采样点数组内找到表示一个完整波形所需要的点集，完整波形所需要的点集为连续出现的两个波峰或连续出现的两个波谷之间所有采样点构成的集合，波峰，波谷点在振幅计算中已经得到，计算点集内元素的数目，除以采样频率200Hz，得到振动信号的频率；偏斜率α，通过偏斜率定义α=A2-A1A1×100%]]>进行计算，在表示一个波形的点数中，计算表示半周期的点数，计算半周期内上升到最高值的点数表示非正弦波上升时间A2，以半周期的一半，既1/4周期的点数为同频率正弦波的上升时间A1，代入公式进行计算。
3.比较垂直振动各个采集点的相位差或横向晃动的振幅是否超过安全警戒，安全警戒依据设备情况进行设定，通常情况下，取相位差不超过3弧度，晃动振幅不超过0.2mm，超过即进入相应警戒状态。同时检验各个垂直振动信号的频谱，一般取任一副频率对应的幅度达到或超过主频率对应幅度的20％，则认为出现复频谱，进入警戒态，实际方式使用中，还需根据实际现场应用情况对上面参数进行调整。如果判定进入警戒态则进入步骤4，否进入步骤5。
4.产生紧急报警信息，通知现场采取紧急停车处理。
5.根据当前拉速Vc，对应工艺表中相应拉速条件下的工艺要求的下限振幅Ax，频率fx，偏斜率αx，以及上限一组参数As，频率fs，偏斜率αs，同实际振幅A，频率f，偏斜率α进行比较，若实测各个振动参数在上限参数与下限参数之间，则作为拉速稳定条件下的振动调节进入步骤7，反之为结晶器启动阶段，拉速不稳定的条件下的振动调整进入步骤6。参数差距所允许的范围根据不同的钢种的生产工艺指标进行确定。
6.将生产工艺要求中，当前拉速Vc所要求的振动工作参数范围的中点As-=Ax+As2,]]>fs-=fx+xs2,]]>αs-=αx+αs2]]>作为要求振动源输出的波形方程(公式①)系数，控制振动源输出所要求的振动参数 延时等待TR，等待调整操作完成，重新采集，重复判断相位与晃动振幅，若超过标准直接进入步骤4，正常则将调整后产生的新的一组A，f，α，同上一次拉速对应的目标工艺参数上下限Ax，fx，αx和As，fs，αs进行比较，如果A，f，α在目标参数上下限之间，回到步骤5(考虑到拉速可能没有稳定)，若落在上下限外，则到步骤4。
7.步骤7进行的是拉速稳定情况下的振动参数调节，考察当前拉速条件下对负滑脱时间的要求，根据实际的偏斜率(偏斜率一般不参与调整)，以及在当前实际振动参数下A和f计算得到的实际负滑脱时间同工艺要求的最佳负滑脱时间的差，负滑脱时间使用公式④进行计算。考虑保持振幅A不变的情况下，计算对应A，α条件下的目标频率fT使得振动的负滑脱时间能够满足要求，考察fT是否在设备允许的频率调整范围Fmax～Fmin以内，若超出范围，则计算振幅A到AT，重新计算fT，要求AT，fT能够满足负滑脱时间的要求，且都在设备可调整范围以内。确定调整的目标AT和fT后进入，检查目标与当前实际值之差是否至少有一个目标与实际值之差大于设备允许可调整的步长，是，进入步骤8，否，不必调节回到步骤1。
8.振幅和频率的调整方式为计算振动台调整增幅ΔA＝AT-A，Δf＝fT-f，振幅增幅在±λ范围内，频率增幅在±σ范围内，认为振动源的振动参数变化对振动台面的影响为比例关系ΔT＝k·Δ中，λ的范围一般可取0.2mm，σ的范围一般可取3l/min，实际应用需根据现场情况进行调整。操作振动源按各个调整段，分阶段改变振源振动参数，直到完成振动平台的振动参数的增幅ΔA，Δf调整中，各阶段所采用的调整方法是以振源设备可调整的最小调整幅度ΔAmin和频率Δfmin，进行阶段内的试探性调整，用调整后在振动平台上引起的变化ΔAmin′和Δfmin′带入线性关系式ΔT＝k·Δ中，计算对应的比例系数k，计算本阶段剩余需要振动台调整的增幅ΔAE＝ΔA-ΔAmin′，ΔfE＝Δf-Δfmin′，使用系数k，计算本阶段达到剩余增幅所需要振源调整的增幅ΔASource，ΔfSource，用该增量调整振源完成本阶段调整，开始下一个阶段调整，直到增幅ΔA和Δf达到，或最后阶段剩余的增幅ΔA，Δf小于设备可调节的最小增幅在阶段内的线性影响kΔAmin，kΔfmin。以频率调整的细节对调整方法的实际应用进行进一步说明。计算目标频率fT同某次实际频率fn的差值Δf，取频率线性变化范围为Δfd＝σ(一般取σ＝3l/min，可根据设备特别情况进行调节)。设置调整控制线性方程为ΔfT＝k·Δfsource，Δfsource为设置到振动源的频率增量，ΔfT为得到的振动平台上的实际振幅增量，ΔfT在Δfd范围内变化时k认为恒定。由实际频率向目标频率调整的过程为，以设备最小调整频率步长Δfmin作为第一次增量操作PLC输出频率使得振动台增量为Δfmin，等待调整响应时间TR后，采集调整后的垂直信号频率fn+1，计算Δfmin′＝fn+1-fn，代入线性方程中得到式Δfmin′＝k(Δfmin)，计算本阶段k值。如果需要调整的实际频率增量Δf大于其线性变化范围Δfd，进入步骤9，若小于等于线性变化范围Δfd，则进入步骤10。
9.以Δfd为第本阶段的调整的增量目标，故需要本阶段的振动平台频率调整的剩余增量为ΔfE＝Δfd-Δfmin，带入本阶段k值计算需要调整振动源的频率增量为Δfsource=ΔfEk]]>，使用该Δfsource作为振动源的频率增量对振动源进行调节。等待时间TR，采集调整后的振动参数，计算调整后的频率fn+1，以fn+1为本阶段实际频率fn用目标频率fT减去fn计算新的增量需求Δf，重复步骤8。
10.以Δf为本阶段的调整的增量目标，故需要本阶段的振动平台频率调整的剩余增量为ΔfT＝Δf-Δfmin′，使用方程，带入本阶段k值计算需要调整振动源的频率增量为Δfsource=ΔfTk,]]>使用该Δfsource作为振动源的频率增量对振动源进行调节。等待时间TR，采集调整后的振动参数，计算调整后的频率fn+1，以fn+1为本阶段实际频率fn用目标频率fT减去fn计算新的增量需求Δf，若此时的Δf依然有kΔfmin≤Δf的关系进入步骤11，否则调整过程结束，回到步骤1。
11.以Δfmin为振动源增量进行微调节，等待时间TR，采集调整后的振动频率fn+1，记为本次频率fn，计算新差Δf＝fT-fn，若Δf依然有kΔfmin≤Δf，则重复步骤11，否则调整过程结束，回到步骤1。
注方法对振动参数的调整是以实际工艺参数为基础进行调整的，故频率调整的范围内，NS值可以认定保证满足NS＜2.4％的要求。由于拉速剧烈变化往往出现在设备启动阶段，拉速为迅速连续上升过程，故控制调整的目的以安全生产为主要目的，参数变化要跟得上拉速的迅速变化，为满足调整速度的需要，故仅采用工艺表内对应参数进行快速调整，而忽略这些参数经过传动后是否完全达到设计标准，只要达到安全标准即可，以达到迅速参数调节的要求；而拉速稳定以后，结晶器按照工艺调整后已经工作在安全标准内，此时的调整以追求产品表面质量和稳定较高拉速为目的，故采用调节步骤繁复，速度较慢的微调对参数进行精化，以提高产品表面质量和稳定较高拉速。
图1是检测控制方法的整体流程实例，在图1中，一个拉速信号源1(现场以电流信号变化表示)，两个振动台晃动信号源2，四个振动台垂直振动信号源3(晃动和振动源均以电压变化信号表示)，图6中表示了振动类信号源的检测位置，其中振动台晃动信号源2分别通过检测板坯结晶器振动平台53的两个相交侧平面的振动得到，而振动台垂直振动信号源3则通过检测板坯结晶器振动平台53上平面的四个顶角位置的振动得到，原始振动由振动源55产生，振动源的振动由振动源控制器56设定。回到图1，所有信号源均通过信号采集数字化处理4行采集并转化为原始信号数据，拉速原始信号数据可通过标定后的公式Vc＝KI+B(Vc拉速，I现场用以表示拉速的电流，K，B电流与拉速线性关系系数)通过拉速计算5一转化为真实拉速数据19，振动台晃动信号源2经过信号采集数字化处理4后，经过振幅计算6，得到横向的晃动振幅数据33，振动台垂直振动信号源3经过信号采集数字化处理4后，分别要经过振幅计算6(统计波形数组平均峰峰值除以2)，得到垂直方向实际振幅数据30，经过频率计算7(统计波形数组内完整波形数目，计算表示一个完整波形的样本点数，除以采样频率)，得到垂直方向实际频率数据31，经过偏斜率计算8(偏斜率利用其定义式②进行计算)，得到垂直方向实际偏斜率数据32，通过离散傅利叶变换9(512，1024等点的蝶形运算方法)的帮助计算信号的幅频特性10以及与第一路振动台垂直振动信号源3的信号相位差11，再将得到的拉速数据5，垂直方向实际振幅数据30，垂直方向实际频率数据31，垂直方向实际偏斜率数据32，信号的幅频特性10和相频特性11同时送到综合检测判断器12(判断器内具体内容，参见图2，和图3)进行综合判断处理，判断依据所有实际振动参数与工艺要求的差是否超过警戒限制，以及超过警戒限制的参数是否可以通过设备在线调整进行恢复的原则，按参数超过警戒线的具体情况，分别将处理权交给，报警处理13(此时参数超过警戒线且无法通过设备在线调整恢复)，结晶器启动过程振动调整14(此时参数超过警戒线但可能通过设备在线调整恢复)，结晶器稳定工作过程振动优化调整15(此时参数虽然与工艺要求有差距但在安全线以内)进行处理。通过报警处理13向用户报告设备故障紧急状态，并显示产生紧急状态的原因，以防止生产事故发生。通过结晶器启动过程振动调整14在线迅速调整设备到安全工作模式，以消除故障，避免停车影响生产。通过结晶器稳定工作过程振动优化调整15对结晶器振动工作状态进行优化，以提高产品质量并使结晶器能够稳定工作在较高的拉速。若结晶器启动过程振动调整14调整成功，并该参数在下一个检测周期证明稳定则进入结晶器稳定工作过程振动优化调整15，若结晶器启动过程振动调整14调整失败则进入报警处理13。具体控制调整过程见图4，5。
图2是晃动信号检测处理流程细节实例，在图2中，两路振动台晃动信号2，通过信号采集数字化处理4转化为数字信号数组，由振幅计算6分别计算两路的横向晃动振幅数据33，在晃动数据判断处理17中，与预先设置的横向晃动误差警戒线16(一般取横向晃动在0.2mm以内)进行比较。如果超过警戒线则进入报警处理13流程，因为晃动大多为振动台机械结构故障，并故障危险程度高，通过振动源的在线调节控制困难，调节过程中容易造成生产事故，故报警，并进行进一步的垂直信号检测18以进行更多的分析。如果在警戒线以内，则直接进入垂直信号检测18对垂直方向的4路振动信号进行检测处理(具体检测过程见图3)。依据横向晃动误差警戒线16通过晃动数据判断处理17对横向晃动振幅数据33是否超过警戒线进行判断而决定方法流程的走向的判断处理过程是综合检测判断器12中的部分具体内容。
图3是振动台垂直信号检测处理流程细节实例，该细节仅显示一路垂直信号的检测处理过程，实际方法应用中，四路垂直信号均需完成本检测流程，除非任意流程被警报打断。在图3中拉速信号源1通过信号采集数字化处理4处理为电流数字原始信号，经过拉速计算5恢复为实际拉速数据19，以此为索引在以拉速为索引的工艺参数表37中寻找拉速对应工艺振幅范围24，拉速对应工艺频率范围25，拉速对应工艺偏斜率范围26三个工艺参数范围。同时振动台垂直振动信号源3的振动信号通过信号采集数字化处理4后得到相应的波形数组，数组分别经过振幅计算6，频率计算7和偏斜率计算得到该路实际振动信号的一组参数，垂直方向实际振幅数据30，垂直方向实际频率数据31，垂直方向实际偏斜率数据32。以上得到的工艺参数和实际振动参数均在数据通道传递开关22处等待进行下一步的处理。通过离散傅立叶变换9帮助计算该路垂直振动信号的幅频特性10，和相位差11，所有信号同第一路信号的相位差，即规定第一路信号为标准0相位。根据设定的频率相位警戒线设置表20中的内容(设定了符合现场需要的允许相位差范围，和副频谱线占主频谱幅度的百分比安全值，通常情况下，取相位差不超过3弧度，副频率对应的幅度不超过主频率对应幅度的20％)进行频率相位警戒线判定21，该判定为综合检测判断器12具体内容的一部分。若判定结果为合理则输送允许数据处理信号到数据通道传递开关22处打开处理开关，该开关需要四路振动信号均无报警反应才打开，以保证进入控制的前提安全。如果判定结果为超过警戒，则进入报警处理13，输出本路的开关失败信号，数据通道传递开关22收到一个开关失败信号即放弃进行调整方式选择23，反之积累在数据通道传递开关22上的工艺参数和实际振动参数在调整方式选择23进行比较，如果某一实测参数相较工艺参数很大则进入结晶器启动过程振动调整14(图4)对振动激励源进行调整，如没有过大参数差异则进入结晶器稳定工作过程振动优化调整15(图5)。若结晶器启动过程振动调整14调整成功，并该参数在下一个检测周期证明稳定则进入结晶器稳定工作过程振动优化调整15，若结晶器启动过程振动调整14调整失败则进入报警处理13。
图4是任意一路垂直振动进行紧急调整的流程实例，在图4中，由拉速数据19为索引通过查以拉速为索引的工艺参数表37获得拉速对应工艺振幅范围24，拉速对应工艺频率范围25以及拉速对应工艺偏斜率范围26，计算上述各个参数范围的中值作为振动源振动目标参数通过振动源振动参数设置27直接修改振动源振动，等待延时28，目的为等待调整振动源后的效果沿传动机构传递到振动台面过程中所消耗的时间。通过垂直信号源振动采集分析流程29，该流程为图3过程中获得垂直方向实际振幅数据30，垂直方向实际频率数据31和垂直方向实际偏斜率数据32，幅频特性10，相位差11的过程。其中幅频特性10，相位差11，结合表频率相位警戒线设置表20经过频率相位警戒线判定21进行安全判定，若为警戒状态则输出失败信号到数据通道传递开关22终止其它数据的处理，同时进入报警处理13，反之垂直方向实际振幅数据30垂直方向实际频率数据31和垂直方向实际偏斜率数据32通过数据通道传递开关22进入原拉速工艺确认判定34若实际数据依然在工艺参数拉速对应工艺振幅范围24，拉速对应工艺频率范围25以及拉速对应工艺偏斜率范围26外，则进入报警处理13，若在范围内，则采集新的拉速数据19(以虚线框区分)，通过查以拉速为索引的工艺参数表37获得相应的拉速对应工艺振幅范围24，拉速对应工艺频率范围25以及拉速对应工艺偏斜率范围26(均以虚线框区分)将其与修改后得到的垂直方向实际振幅数据30，垂直方向实际频率数据31和垂直方向实际偏斜率数据32经过新拉速工艺确认判断35进行比较，若判断实测振动参数在新查询的工艺范围内证明拉速以及稳定不再变化，进入正常振动调整状态15，若在新查询的工艺范围外，则拉速发生变化，回到结晶器启动过程振动调整14进行进一步调整。
图5是任意一路垂直振动进行正常优化调整的流程实例，在图5中，一组振动参数，垂直方向实际振幅数据30，垂直方向实际频率数据31和垂直方向实际偏斜率数据32通过垂直振动参数实际增量需求计算36进行结晶器振动台面上的需要的振幅增量的相应计算。计算以当前结晶器工作的拉速数据19为索引，在以拉速为索引的工艺参数表37中检索所需要的工艺要求的最佳负滑脱时间为目标，并结合振源控制调整数据库38(数据库内记录有，振动源振幅，频率可调整范围表和精度表，精度表内为调整的最小步长；实际振幅，频率调整的线性变化范围表)中记录的振幅和频率可调整的范围，通过负滑脱时间tN的计算公式——式④tN=60(1-α)πf·cos-1((1-α)Vc2πfA)]]>来计算振动平台上需要的需调整振动台振幅增量总目标39和需调整振动台频率增量总目标40，计算以频率调整优先，即如果只调整频率即可满足要求则不调整振幅，如果调整频率不能满足要求，或满足要求的频率在振动源调整范围以外，则计算振幅调整增量。计算后得到的，需调整振动台振幅增量总目标39和需调整振动台频率增量总目标40被送到线性范围内振动台振动参数增量计算41进行进一步处理，以振源控制调整数据库38对振源变化引起相应振动平台变化之间为线性关系(ΔT＝k·Δ)的变化范围记录为依据计算为阶段性调整的增量目标，即将整个实际需求增量按线性变化范围限制分为多个线性区段，分区段进行逐步调整。具体计算原则为将需调整振动台振幅增量总目标39和需调整振动台频率增量总目标40与已完成调整增量53(含振幅和频率，初始调整时为0)相减，得到剩余的需要调整总量，将其与振源控制调整数据库38中记录的设备振幅或频率调整的线性范围相比较，若剩余调整总量大于线性范围，则以线性范围为阶段调整目标，若小于则以剩余调整总量为阶段调整目标，计算得到阶段性实际振幅调整目标增量42，阶段性实际频率调整目标增量43，通过判断是否需要调整44决定流程方向。判断依据振源控制调整数据库38中关于振动源可调振幅最小步长46和振动源可调频率最小步长47的记录，若阶段性实际振幅调整目标增量42，阶段性实际频率调整目标增量43均小于其相应的调整步长，则认为已经达到调整极限，结束调整回到启始检测过程45，若大于相应的调整步长，则先将可调振幅最小步长46和振动源可调频率最小步长47(最小步长的设置以设备参数为基础，取能够产生对振动平台影响的最小调节单位为最小步长)作为阶段内第一次调整参数增量通过振动源振动参数设置27对振动源进行调整，经过延时28后通过振动采集流程29采集调整后的新一组振动参数垂直方向实际振幅数据30，垂直方向实际频率数据31和垂直方向实际偏斜率数据32，以虚线区分，结合原一组振动参数垂直方向实际振幅数据30，垂直方向实际频率数据31和垂直方向实际偏斜率数据32计算线性段内增量影响关系式ΔT＝k·Δ的系数k。同时以阶段性实际振幅调整目标增量42和阶段性实际频率调整目标增量43减去调整先后两次实际振动参数差，得到剩余的振动台调整增量，并通过ΔT＝k·Δ计算完成剩余的振动台调整增量所需对振源的调整，包括振源线性范围振幅剩余增量49、振源线性范围频率剩余增量50，以上计算过程图中表示为阶段内剩余振源增量需求计算48。计算结果振源线性范围振幅剩余增量49、振源线性范围频率剩余增量50结合振源控制调整数据库38中关于振动源可调振幅最小步长46和振动源可调频率最小步长47的记录，通过判断是否调整44，决定流程，若小于最小步长，则直接通过已完成调整增量累计计算51将本次完成的振动台调整增量与前次已完成增量相加得到阶段完成后已完成调整增量53，从线性范围内振动台振动参数增量计算41步骤开始重复过程，若大于最小步长，则通过振动源振动参数设置27，利用增量要求振源线性范围振幅剩余增量49、振源线性范围频率剩余增量50对振动源进行调整，经过延时28后通过振动采集流程29采集调整后的新一组振动参数垂直方向实际振幅数据30，垂直方向实际频率数据31和垂直方向实际偏斜率数据32，再将完成的增量通过已完成调整增量累计计算51累计到已完成调整增量53中去，更新已完成调整增量53数据，从线性范围内振动台振动参数增量计算41步骤开始重复过程。过程直到阶段性实际振幅调整目标增量42，阶段性实际频率调整目标增量43均小于可调整最小步长时结束。
权利要求
1.一种板坯连铸结晶器振动台振动检测控制方法，其特征在于，它包括如下步骤1)采集垂直振动信号4路、横向晃动信号2路、拉速Vc信号1路，计算垂直信号之间的相位差、各个垂直振动信号的频谱、所有垂直信号和所有晃动信号的振幅、所有垂直振动信号的频率f和偏斜率α；2)比较垂直振动各个采集点的相位差或横向晃动的振幅是否超过安全警戒，检验各个垂直振动信号的频谱是否超过安全警戒，超过安全警戒紧急报警信息；3)结晶器启动过程振动控制结晶器启动阶段，拉速Vc迅速上升，配合拉速Vc变化而进行的振动台调整方法为根据当前拉速Vc条件下，板坯生产工艺对板坯连铸结晶器的振动参数范围要求同实测台面振动参数进行比较，若实测振动参数在工艺允许范围外，则控制振动源输出满足工艺允许范围的振动参数，采集改动后的振动台面振动参数，与前工艺范围进行比较，若实测新振动参数依然在工艺允许范围外，进行报警，反之，采集新的拉速Vc，取该拉速条件下板坯生产工艺的结晶器振动参数范围要求，若当前振动参数在新拉速对应的振动范围要求外，则重复调整振动源过程以适应新拉速，重复调整直到结晶器启动完毕，拉速Vc进入稳定工作过程，进行调整的振动参数包括结晶器振幅，结晶器振动频率，结晶器振动波形偏斜率；4)结晶器稳定工作过程中振动优化控制考察当前拉速Vc条件下对板坯生产工艺对负滑脱时间的要求，根据实测台面偏斜率α，和实测振幅A计算达到生产工艺要求的负滑脱时间tN所需要的台面振动频率fT，依据计算公式为负滑脱计算公式tN=60(1-α)πf·cos-1((1-α)Vc2πfA),]]>若fT超过振动源提供的频率范围，则通过调整振幅到AT，使fT和AT均在振动源提供的频率和振幅范围以内，调整振动源激励，使激励源最终在结晶器振动台面产生的频率和振幅达到产生相应负滑脱时间所需频率fT和振幅AT。
2.根据权利要求1所述的一种板坯连铸结晶器振动台振动检测控制方法，其特征在于，所述的垂直振动信号为在结晶器振动平台表面四个顶点上分别进行采集的共4路振动方向垂直于平台表面的振动信号；横向晃动信号为在结晶器振动平台的两个相交侧面上分别进行采集的共2路振动方向与相应侧面垂直，与平台平面平行的横向晃动信号。
3.根据权利要求1所述的一种板坯连铸结晶器振动台振动检测控制方法，其特征在于，所述的计算垂直信号之间的相位差，各个垂直振动信号的频谱以其中一路垂直信号的相位作为基准0相位，计算其它信号同该路信号的相位差，各路信号的相位计算可通过离散傅立叶算法计算幅频特性和相频特性，取主频对应的相位为该信号的相位，所得幅频特性为信号的频谱。
4.根据权利要求1所述的一种板坯连铸结晶器振动台振动检测控制方法，其特征在于，所述的计算所有垂直信号和所有晃动信号的振幅结晶器平台振动为类正弦振动，振幅相对起振位置对称，故在采集得到的512点或1024点数组内寻找采样点中的最大值和最小值，计算两个最值的中值点，在大于中值点的所有值中寻找所有符合如下特征的点，该点的以前的点中有且仅有一个低于中值的点，该点以后的点中有且仅有一个低于中值的点，该点为两个低于中值点之间所有点中的最大值，其为一次波峰，相似的算法，取两个高于中值的点之间的最小值为一次波谷，计算平均波峰值和平均波谷值，计算峰峰值，取其一半得到振动振幅。
5.根据权利要求1所述的一种板坯连铸结晶器振动台振动检测控制方法，其特征在于，所述的计算所有垂直振动信号的频率f结晶器平台振动频率远低于25Hz，使用200Hz的采样频率对连续信号进行数字化，采集512点或1024点，在得到的采样点数组内找到表示一个完整波形所需要的点集，完整波形所需要的点集为连续出现的两个波峰或连续出现的两个波谷之间所有采样点构成的集合，波峰，波谷点在振幅计算中已经得到，计算点集内元素的数目，除以采样频率200Hz，得到振动信号的频率。
6.根据权利要求1所述的一种板坯连铸结晶器振动台振动检测控制方法，其特征在于，所述的计算偏斜率α在表示一个波形的点数中，计算表示半周期的点数，计算半周期内上升到最高值的点数表示非正弦波上升时间A2，以半周期的一半，既1/4周期的点数为同频率正弦波的上升时间A1，通过定义α=A2-A1A1×100%]]>进行计算，得到波形的偏斜率。
7.根据权利要求1所述的一种板坯连铸结晶器振动台振动检测控制方法，其特征在于，所述的比较垂直振动各个采集点的相位差或横向晃动的振幅是否超过安全警戒，检验各个垂直振动信号的频谱是否超过安全警戒其中相位差的安全警戒设置为相位差在3弧度以内，晃动的振幅安全警戒设置为各方向晃动振幅在0.2mm以内，对垂直信号的频谱安全警戒要求为通过离散傅立叶算法计算信号的幅频特性——频谱，在特性中如果任一副频率对应的幅度达到或超过主频率对应幅度的20％，则认为出现复频谱，即产生频谱的安全警戒。
8.根据权利要求1所述的一种板坯连铸结晶器振动台振动检测控制方法，其特征在于，所述的结晶器启动过程振动控制，启动过程调整振动源的方法为设工艺要求的振动参数振幅范围为Ax～As，频率范围为fx～fs，偏斜率范围为αx～αs，取中值As-=As+Ax2,fs-=fs+fx2,]]>αs-=αs+αx2]]>作为调整振动源波形输出的控制参数，结晶器的振动参数范围要求根据不同的钢种的生产工艺指标进行确定。
9.根据权利要求1所述的一种板坯连铸结晶器振动台振动检测控制方法，其特征在于，所述的结晶器稳定工作过程中振动优化控制，稳定工作过程中调整振动源的方法为计算振动台调整增幅ΔA＝AT-A，Δf＝fT-f，振幅增幅在±λ范围内，频率增幅在±σ范围内，认为振动源的振动参数变化对振动台面的影响为比例关系ΔT＝k·Δ，其中λ的范围取0.2mm，σ的范围取3l/min，将需要调整的增幅，按线性范围分为几个调整段，ΔA1...ΔAn，其中n为不小于 最小整数，Δf1...Δfn其中n为不小于 最小整数；振幅调整段的绝对值不大于λ，频率调整段的绝对值不大于σ；操作振动源按各个调整段，分阶段段改变振源振动参数，直到完成振动平台的振动参数的增幅ΔA，Δf调整，振动源提供的频率范围为0l/min～900l/min，振动源提供的振幅范围为0mm～8mm。
10.根据权利要求7所述的一种板坯连铸结晶器振动台振动检测控制方法，其特征在于，所述的操作振动源按各个调整段，分阶段改变振源振动参数，直到完成振动平台的振动参数的增幅ΔA，Δf调整各阶段所采用的调整方法是以振源设备可调整的最小调整幅度ΔAmin和频率Δfmin，进行阶段内的试探性调整，用调整后在振动平台上引起的变化ΔAmin′和Δfmin′带入线性关系式ΔT＝k·Δ中，计算对应的比例系数k，计算本阶段剩余需要振动台调整的增幅ΔAE＝ΔA-ΔAmin′，ΔfE＝Δf-Δfmin′，使用系数k，计算本阶段达到剩余增幅所需要振源调整的增幅ΔASource，ΔfSource，用该增量调整振源完成本阶段调整，开始下一个阶段调整，直到增幅ΔA和Δf达到，或最后阶段剩余的增幅ΔA，Δf小于设备可调节的最小增幅在阶段内的线性影响kΔAmin，kΔfmin。
全文摘要
本发明公开了一种板坯连铸结晶器振动台振动检测控制方法。包括如下步骤1)采集垂直振动信号4路、横向晃动信号2路、拉速V
文档编号B22D11/11GK1951604SQ20061015463
公开日2007年4月25日 申请日期2006年11月13日 优先权日2006年11月13日
发明者王友钊, 刘光穆, 吴非, 焦国华, 戴开发, 孟征兵 申请人:浙江大学
技术领域：
本发明涉及一种板坯连铸结晶器振动台振动检测控制方法。
背景技术：
结晶器是连续铸钢中的铸坯成型设备，也是连铸机心脏设备和关键技术。它的功能是将连续不断地注入其内腔的高温钢水通过水冷铜壁强制冷却，导出其热量，使之逐渐凝固成为具有所要求的断面形状和坯壳厚度的铸坯。并使这种芯部仍为液态的铸坯连续不断地从结晶器下口拉出，为其在以后的二次冷却区域内完全凝固创造条件。而结晶器振动装置主要功能是使结晶器按给定的振幅、频率和波形偏斜特性沿连铸机外弧线运动。其目的是便于“脱模”，防止铸坯在凝固过程中与结晶器铜壁发生粘结而出现粘挂漏钢事故。针对于板坯生产的结晶器由于其铸坯横幅大，厚度薄，使得其所需结晶器振动平台较其它铸坯面积大很多，造成其在生产过程中对平台振动的振幅、频率和偏斜率等常有更为严格的要求，并同时对振动台面的各向振动同相有严格要求，实际生产中要求振动台按工艺要求设定的振动波形和振幅、相位、频率等进行工作，从而获得理想的负滑脱量和波形偏斜率等关键工艺参数，为连铸机铸坯“脱模”创造条件。目前使用的板坯结晶器振动系统往往由生产厂商提供一套对振动激励源的控制系统，该系统以振动激励源的输出的振动信号作为反馈控制的参考信号，结合现场拉速信号，可以保证激励源输出稳定而符合工艺要求的振动参数。然而无论何种连铸结晶器振动装置，最终对钢坯生产具有有效影响的振动是在振动台上的振动参数，而非振动源上的振动参数。实际上，由于通过机械结构传递到有效工作面的有效振动因各种机械原因，如结构磨损老化等，会发生振动的变异，使得钢坯成型时获得的波形、振值和相关的工艺参数与原有控制系统设定的期望值有一定的差异这种差异性容易导致结晶器的运行参数设定错误。引起产量和质量问题，严重时会危及生产的安全，如发生漏钢事故。正由于现有控制系统并不对实际台面的振动情况进行分析，所以无法满足板坯结晶器的实际振动控制要求，而使结晶器无法达到最佳工作状态。
发明内容
本发明的目的是提供一种板坯连铸结晶器振动台振动检测控制方法。解决目前的板坯结晶器振动控制系统无法根据实际台面振动参数进行响应和产生相应控制，而无法满足实际生产中的振动参数的切实需要的问题板坯连铸结晶器振动台振动检测控制方法包括如下步骤1)采集垂直振动信号4路、横向晃动信号2路、拉速Vc信号1路，计算垂直信号之间的相位差、各个垂直振动信号的频谱、所有垂直信号和所有晃动信号的振幅、所有垂直振动信号的频率f和偏斜率α；2)比较垂直振动各个采集点的相位差或横向晃动的振幅是否超过安全警戒，检验各个垂直振动信号的频谱是否超过安全警戒，超过安全警戒紧急报警信息；3)结晶器启动过程振动控制结晶器启动阶段，拉速Vc迅速上升，配合拉速Vc变化而进行的振动台调整方法为根据当前拉速Vc条件下，板坯生产工艺对板坯连铸结晶器的振动参数范围要求同实测台面振动参数进行比较，若实测振动参数在工艺允许范围外，则控制振动源输出满足工艺允许范围的振动参数，采集改动后的振动台面振动参数，与前工艺范围进行比较，若实测新振动参数依然在工艺允许范围外，进行报警，反之，采集新的拉速Vc，取该拉速条件下板坯生产工艺的结晶器振动参数范围要求，若当前振动参数在新拉速对应的振动范围要求外，则重复调整振动源过程以适应新拉速，重复调整直到结晶器启动完毕，拉速Vc进入稳定工作过程，进行调整的振动参数包括结晶器振幅，结晶器振动频率，结晶器振动波形偏斜率；4)结晶器稳定工作过程中振动优化控制考察当前拉速Vc条件下对板坯生产工艺对负滑脱时间的要求，根据实测台面偏斜率α，和实测振幅A计算达到生产工艺要求的负滑脱时间tN所需要的台面振动频率fT，依据计算公式为负滑脱计算公式tN=60(1-α)πf·cos-1((1-α)Vc2πfA)]]>，若fT超过振动源提供的频率范围，则通过调整振幅到AT，使fT和AT均在振动源提供的频率和振幅范围以内，调整振动源激励，使激励源最终在结晶器振动台面产生的频率和振幅达到产生相应负滑脱时间所需频率fT和振幅AT。
所述的垂直振动信号为在结晶器振动平台表面四个顶点上分别进行采集的共4路振动方向垂直于平台表面的振动信号；横向晃动信号为在结晶器振动平台的两个相交侧面上分别进行采集的共2路振动方向与相应侧面垂直，与平台平面平行的横向晃动信号。
计算垂直信号之间的相位差，各个垂直振动信号的频谱以计算的第一路垂直信号的相位作为基准0相位，计算其它信号同该路信号的相位差，各路信号的相位计算可通过离散傅立叶算法计算幅频特性和相频特性，取主频对应的相位为该信号的相位，所得幅频特性为信号的频谱。
计算所有垂直信号和所有晃动信号的振幅结晶器平台振动为类正弦振动，振幅相对起振位置对称，故在采集得到的512点或1024点数组内寻找采样点中的最大值和最小值，计算两个最值的中值点，在大于中值点的所有值中寻找所有符合如下特征的点，该点的以前的点中有且仅有一个低于中值的点，该点以后的点中有且仅有一个低于中值的点，该点为两个低于中值点之间所有点中的最大值，其为一次波峰，相似的算法，取两个高于中值的点之间的最小值为一次波谷，计算平均波峰值和平均波谷值，计算峰峰值，取其一半得到振动振幅。
计算所有垂直振动信号的频率f结晶器平台振动频率远低于25Hz，使用200Hz的采样频率对连续信号进行数字化，采集512点或1024点，在得到的采样点数组内找到表示一个完整波形所需要的点集，完整波形所需要的点集为连续出现的两个波峰或连续出现的两个波谷之间所有采样点构成的集合，波峰，波谷点在振幅计算中已经得到，计算点集内元素的数目，除以采样频率200Hz，得到振动信号的频率。
计算偏斜率α在表示一个波形的点数中，计算表示半周期的点数，计算半周期内上升到最高值的点数表示非正弦波上升时间A2，以半周期的一半，既1/4周期的点数为同频率正弦波的上升时间A1，通过定义α=A2-A1A1×100%]]>进行计算，得到波形的偏斜率。
比较垂直振动各个采集点的相位差或横向晃动的振幅是否超过安全警戒，检验各个垂直振动信号的频谱是否超过安全警戒其中相位差的安全警戒设置为相位差在3弧度以内，晃动的振幅安全警戒设置为各方向晃动振幅在0.2mm以内，对垂直信号的频谱安全警戒要求为通过离散傅立叶算法计算信号的幅频特性——频谱，在特性中如果任一副频率对应的幅度达到或超过主频率对应幅度的20％，则认为出现复频谱，即产生频谱的安全警戒。
结晶器启动过程振动控制，启动过程调整振动源的方法为设工艺要求的振动参数振幅范围为Ax～As，频率范围为fx～fs，偏斜率范围为ax～as，取中值As-=As+Ax2,]]>fs-=fs+fx2,]]>αs-=αsαx2]]>作为调整振动源波形输出的控制参数，结晶器的振动参数范围要求根据不同的钢种的生产工艺指标进行确定。
结晶器稳定工作过程中振动优化控制，稳定工作过程中调整振动源的方法为计算振动台调整增幅ΔA＝AT-A，Δf＝fT-f，振幅增幅在±λ范围内，频率增幅在±σ范围内，认为振动源的振动参数变化对振动台面的影响为比例关系ΔT＝k·Δ，其中λ的范围取0.2mm，σ的范围取3l/min，将需要调整的增幅，按线性范围分为几个调整段，ΔA1...ΔAn，其中n为不小于 最小整数，Δf1...Δfn其中n为不小于 最小整数；振幅调整段-的绝对值不大于λ，频率调整段的绝对值不大于σ；操作振动源按各个调整段，分阶段段改变振源振动参数，直到完成振动平台的振动参数的增幅ΔA，Δf调整，振动源提供的频率范围为0l/min～900l/min，振动源提供的振幅范围为0mm～8mm。
操作振动源按各个调整段，分阶段改变振源振动参数，直到完成振动平台的振动参数的增幅ΔA，Δf调整各阶段所采用的调整方法是以振源设备可调整的最小调整幅度ΔAmin和频率Δfmin，进行阶段内的试探性调整，用调整后在振动平台上引起的变化ΔAmin′和Δfmin′带入线性关系式ΔT＝k·Δ中，计算对应的比例系数k，计算本阶段剩余需要振动台调整的增幅ΔAE＝ΔA-ΔAmin′，ΔfE＝Δf-Δfmin′，使用系数k，计算本阶段达到剩余增幅所需要振源调整的增幅ΔASource，ΔfSource，用该增量调整振源完成本阶段调整，开始下一个阶段调整，直到增幅ΔA和Δf达到，或最后阶段剩余的增幅ΔA，Δf小于设备可调节的最小增幅在阶段内的线性影响kΔAmin，kΔfmin。
本发明达到的有益效果是，本发明所描述的检测控制方法，通过对结晶器振动台振动情况的直接检测。并对检测到的第一现场信号进行分析处理，指导结晶器振动源振动参数的修正，该修正可以有效的弥补由于传动机构的影响而带来的有效振动波形的损失，使产品的质量和产量得到有效保证和改善。同时对振动台面的实时检测，可以及时发现各种危险征兆，尤其是由于非振动源因素(非振动源因素对于只检测振动源的系统来说是无能为力的)，如振动台损坏或安装问题而引起的危险工作状态，在事故实际发生以前进行及时报警，使现场有足够的反应时间来进行紧急处理，以减少事故发生造成的损失。本发明提高产品质量，稳定产品产量，提高对生产安全的保障力度，减少事故损失，为企业带来可观的直接和间接的经济效益。
图1为发明的板坯结晶器振动检测控制方法总框图；图2为发明的板坯结晶器振动检测控制方法振动台晃动信号检测部分框图；图3为发明的板坯结晶器振动检测控制方法振动台垂直信号检测部分框图；图4为发明的板坯结晶器振动检测控制方法紧急状态振动控制部分框图；图5为发明的板坯结晶器振动检测控制方法正常状态振动控制部分框图；图6为板坯结晶器振动平台振动检测示意图；图中拉速信号源1、振动台晃动信号源2、振动台垂直振动信号源3、信号采集数字化处理4、拉速计算5、振幅计算6、频率计算7、偏斜率计算8、离散傅利叶变换9、幅频特性10、相位差11、综合检测判断器12、报警处理13、结晶器启动过程振动调整14、结晶器稳定工作过程振动优化调整15、横向晃动误差警戒线16、晃动数据判断处理17、垂直信号检测18、拉速数据19、频率相位警戒线设置表20、频率相位警戒线判定21、数据传递通道开关22、调整方式选择23、拉速对应工艺振幅范围24、拉速对应工艺频率范围25、拉速对应工艺偏斜率范围26、振动源振动参数设置27、延时28、垂直信号源振动采集分析流程29、垂直方向实际振幅数据30、垂直方向实际频率数据31、垂直方向实际偏斜率数据32、横向晃动振幅数据33、原拉速工艺确认判断34、新拉速工艺确认判断35、垂直振动参数实际增量需求计算36、以拉速为索引的工艺参数表37、振源控制调整数据库38、需调整振动台振幅增量总目标39、需调整振动台频率增量总目标40、线性范围内振动台振动参数增量计算41、阶段性实际振幅调整目标增量42、阶段性实际频率调整目标增量43、判断是否需调整44、启始检测过程45、振动源可调振幅最小步长46、振动源可调频率最小步长47、阶段内剩余振源增量需求计算48、振源线性范围振幅剩余增量49、振源线性范围频率剩余增量50、已完成调整增量累计计算51、已完成调整增量52、板坯结晶器振动平台53、平台振动测量方向与位置54、振动源55、振动源控制器56。
具体实施例方式
本发明采用的结晶器振动方程形式为基于复合函数的非正弦振动波形方程，该方程为方法实现控制和检测所依赖的根本原理，该方程的数学表达式为y=-r(_)其中 式中y为振动方向上的位移，单位mm；r为振动的振幅，单位mm；f是振动的频率，单位为l/min；t为时间经历，单位s；e为波形系数，该系数用以调节振动波形的偏斜率，当e＝0时，波形方程所表达的既是时间轴上的正弦波。该公式可以方便的表示任何偏斜率情况下的振动波形方程，故对于控制方法来说是最理想的选择。
波形的偏斜率是结晶器振动过程中一关键的参数，其是直接影响负滑脱率以及其它负滑脱参数的主要因素之一，波形偏斜率的数学定义如下α=A2-A1A1×100%]]>………………………………………………………………………………②式中α为偏斜率，此处A1为同频率正弦波的上升时间，A2为同频率非正弦波上升时间，偏斜率越大则波形的下降时间越短。
其中，振动的负滑脱时间参数对产品表面质量的影响最大，对于负滑脱时间的定义如下tN＝t2-t1………………………………………………………………………③
t1为振动周期内振动位置在振动原点上方，而振动速度与拉出速度方向相同并且速度相同的时间点，t2为振动周期内振动位置在原振动点下方，而振动速度与拉出速度方向相同并且速度相同的时间点。tN为结晶器的振动速度以与拉出速度方向相同并且大于拉出速度运行的时间段，称之为负滑脱时间。当结晶器处于负滑脱运行状态时，有助于连铸初生坯壳被压合并顺利脱模，可防止坯壳的粘连，避免漏钢，同时过长的负滑脱时间会在铸坯表面产生较深的振痕，成为影响产品表面质量的一个重要原因。方法对振动进行控制的目的在于对不同拉速情况下的振动参数进行调整，以达到保证拉速下生产安全运行，同时振痕最浅的目的。解决这个问题的关键是讨论tN同振动参数之间的关系。在波形方程①描述波形的情况下，负滑脱时间，负滑脱率，负滑脱时间率的可用公式表示如下tN=60(1-α)πf·cos-1((1-α)Vc2πfA)]]>…………………………………………………………………………………④NS=(1-2fA(1-α)VC)×100%]]>…………………………………………………………………………………⑤NSR=2(1-α)π·cos-1((1-α)Vc2πfA)×100%]]>…………………………………………………………………………………⑥式④中的tN为负滑脱时间，A为振动的振幅，单位mm，Vc为拉速，单位m/min，其余变量同公式①中相应变量意义相同。公式④作为结晶器振动控制的基础原理使用。
式⑤中NS为负滑脱率，其余变量同公式④中相应变量的意义相同。
式⑥中NSR为负滑脱时间率，其余变量同公式④中相应变量的意义相同。
根据公式可以发现负滑脱时间与负滑脱率之间有以下关系tN=60·2A(1-NS)πVc·cos-1(1(1-NS)π)]]>………………………………………………………………………………⑦引入冲程拉速系数的概念，定义Z=hVc(h=2A)]]>………………………………………………………………………………⑧Z为h的单位为mm，Vc单位为m/min时对应的数值比，无单位。
公式⑦可变形为tN=3Z50(1-NS)π·cos-1(1(1-NS)π)]]>………………………………………………………………………………⑨
对于任意一组振幅与拉速以及偏斜率，都存在一个f0，当f＜f0时，使得tN＜0。f0可由下面公式计算f0=(1-α)Vc2Aπ=1000(1-α)πZ]]>……………………………………………………………………………⑩式⑩表达的是使tN消失的最低临界频率，由公式可以得到，当拉速Vc与振幅A都恒定时，偏斜率越大，则临界频率越小，说明在使用偏斜率较大的波形情况下，可以使用较低的振动频率就可以满足振动对负滑脱时间的需求。
负滑脱时间太大会加剧铸坯表面振痕深度，破坏表面质量，负滑脱时间太小会不利于脱坯，引起粘连，从而引发结晶器漏钢或铸坯拉裂事故，对应一定的拉速，选取合适的尽可能小的负滑脱时间是结晶器振动控制的关键。
考察式⑨和⑤，取一定Z值和偏斜率α，可以发现，在NS＞2.4％的时候，负滑脱时间随频率增加而增加，且变化极迅速，使用该段调节，则调节难度大，而当NS＜2.4％的时候，负滑脱时间随频率增加而下降，且变化缓慢，平稳，故应使用该段调整负滑脱时间，即振动频率只能在大于fNS的频率以上考虑进行调节，fNS为NS＝2.4％时对应的频率，。其在不同的Z和α下有不同的表现值。同时由式④与式⑧可以得出，Z值越大，负滑脱时间随频率增加在NS＝2.4％以外的下降越迅速，过大的值如大于5会使得很小的频率变化即产生很大的负滑脱时间，而Z值越小，其整体的负滑脱时间越小，而负滑脱时间随频率变化的幅度与可调范围也会减小。而α的影响与Z类似，α越大，负滑脱时间越小，负滑脱时间可受频率影响越小，尤其α≥1时，负滑脱时间完全消失，α越小，负滑脱时间越大，过高的负滑脱时间需要较高的频率来匹配。所以从方便控制的角度考虑，Z和α的取值被控制在使频率在2fNS位置时对应负滑脱时间对应频率的变化曲线的斜率K的绝对值小于3的范围内，同时其尽量避免使fNS＞Fmin(Fmin为实际设备条件允许的频率调整范围的最低频率，最高频率为Fmax)以保证设备的频率范围全部落在NS＜2.4％对应的区间内，如果不能保证，则至少保证fNS≤fmin+(fmax-fmin)×40％，即至少保留60％的设备可调节频率范围落在有效调节频率范围(NS＜2.4％)内。理想的状态是保持Z值恒定，即对应一个拉速有一个匹配的振幅，实际生产中不可能使用这样的匹配方式，而是将拉速分为几个区段，每一个区段采用一个共同的振幅。对于结晶器的振动参数的控制即按照以上约束进行合理的α值和h值的确定，通过频率的调整来满足不同拉速对负滑脱时间的要求。为控制方便通常按实际经验在40％～50％之间取一值作为α的固定值，而只通过h的调整来匹配对fNS的要求。
检测控制方法为满足实际要求，所发明的结晶器振动检测控制方法分为检测部分与反馈控制部分两大部分，其中反馈控制部分又分为正常振动处理，和非正常振动紧急避险处理两个处理方式。
方法的检测部分流程方法处理的输入信息包括，振动台面四个角位置上测量的垂直振动信号，振动台面横向的两路晃动信号，结晶器拉速信号，所有信号为离散化的数字信号。两路晃动信号分别计算它们的振幅，检验其是否为危险的工作信号。四路垂直信号分别计算其频率，振幅，和偏斜率，并以此为依据，结合拉速信息计算各个位置上振动的负滑脱时间，负滑脱率，负滑脱时间率，以及冲程拉速系数。同时计算四路信号的各自频谱(离散傅立叶变换)，并以第一路信号为基准信号计算各路信号相对第一路信号的相位差。所得到的数据同所要生产的钢种的工艺参数(由钢厂提供)进行匹配。工艺参数以拉速为索引，比对不同拉速情况下各个振动参数是否符合要求，差异为多少，根据差异情况，判断是否某个参数处于危险状态。检测流程的结果作为启动反馈控制流程输入控制参数。
方法的反馈控制流程如果检测结果包含以下情况，采用非正常振动紧急避险处理流程，情况包括，横向晃动各参数超过警戒线，相位差超过警戒线，现场拉速条件下的实际垂直振动参数与工艺表内此拉速条件下的工艺指标差异操作警戒线。此外的情况为实际垂直振动参数与工艺指标的有较小差异，不构成警戒状态，此时采用正常振动处理流程。无论是那种情况下对振动源的调整均通过对振幅、频率及偏斜率三个振动波形控制变量的调整来实现。
正常振动处理需要使用此流程处理的情况具为拉速处于稳定状态，不存在安全异常情况。此时，垂直振动参数同工艺参数的差异往往是由于传动机构的影响造成的，如果考察其振动源的输出参数，其与工艺参数符合度会很高，此类差异不会带来对安全生产的威胁，只会影响铸坯的表面质量。由于不清楚传动机构对振源的频率，振幅，和偏斜率带来的影响的确定数学模型，可以了解的是，振源频率的增加或减少，振幅的增加或减少，偏斜率的增加或减少，在传动机构正常的情况下引起振动台面相应实际振动参数的增加或减少，不知道具体变化幅度系数。故不适合将一次性补偿到位的方法的去调整振动源振动。考虑在足够小的调整范围内，传动机构对振幅和频率的影响近似满足线性关系，根据实际统计测量振动台振幅调整范围为0.2mm，频率在3l/min范围内调整时，设备可以安全的满足线性关系式Δr＝kΔs，其中Δr为经过传动后得到的参数增幅，Δs为激励源上的相应参数的增幅，k为小范围内的线性匹配系数。
非正常振动紧急避险处理该处理分为两种，一种是由于传动机械结构故障引起的无法通过振动源进行调整的紧急状态；一种是由于拉速急剧变化(结晶器的启动时间段)而引起的瞬间拉速与振动参数不匹配产生的紧急状态，该状态可以通过迅速调节参数予以消除。如果通过检测发现了相位差异超出警戒水平，或横向的晃动超过警戒水平则属于第一种紧急状态，直接向外报警，而对于出现垂直振动参数超过警戒水平，则应尝试对振动参数进行抢救性调整，若调整后没有得到相应的响应，认为是第一种紧急状态，反之则为第二种紧急状态。检测控制流程的详细调节步骤描述如下
设设备执行机构能够调整的最小步长分别为，最小振幅调节幅度ΔAmin，最小频率调节幅度Δfmin，设备振幅可调节范围为Amax～Amin，频率调节范围为Fmax～fmin，偏斜率调节范围αmax～αmin，振动波形调整到实际振动波形改变之间的响应时间为TR；工作拉速为Vc，对应拉速工艺表要求的振幅为As，频率为fs，偏斜率为αs，实际测量波形得到的振幅为A，频率为f，偏斜率为α，其中振幅和频率具体每次测量结果用An，fn来表示。振幅线性变化范围ΔAd，频率线性变化范围Δfd。检测控制方法处理步骤为1.采集垂直振动信号4路，横向晃动信号2路，以及拉速信号1路，拉速信号现场为电流信号，其对应拉速成线性关系，故可由标定系数后的线性公式求得Vc＝KI+B，K，B为待标定系数，采集信号数组累计512点或1024点(在200Hz采样频率下，信号的采样时间为2.56S。考虑结晶器起振时工作在最低工作频率上，为30l/min即0.5Hz，所以取2.56s秒的采样时间即保证了最低工作频率下系统至少采集到一个周期的样本，亦保证了控制反馈时间满足设备工作的要求)后进入步骤2进行数值处理。
2.通过经典的离散傅立叶算法计算各个垂直信号的幅频特性(频谱)和相频特性，以计算的第一路垂直信号的相位作为基准0相位，计算其它信号同该路信号之间的相位差。计算垂直信号和晃动信号的振幅，振幅计算基于以下认识，结晶器平台振动为类正弦振动，振幅相对起振位置对称，故在采集得到的512点或1024点数组内寻找采样点中的最大值和最小值，计算两个最值的中值点，在大于中值点的所有值中寻找所有符合如下特征的点，该点的以前的点中有且仅有一个低于中值的点，该点以后的点中有且仅有一个低于中值的点，该点为两个低于中值点之间所有点中的最大值，其为一次波峰，相似的算法，取两个高于中值的点之间的最小值为一次波谷，计算平均波峰值和平均波谷值，计算峰峰值，取其一半得到振动振幅；计算垂直振动信号的频率f频率的计算基于以下事实，结晶器平台振动频率远低于25Hz，使用200Hz的采样频率对连续信号进行数字化，采集512点或1024点，在得到的采样点数组内找到表示一个完整波形所需要的点集，完整波形所需要的点集为连续出现的两个波峰或连续出现的两个波谷之间所有采样点构成的集合，波峰，波谷点在振幅计算中已经得到，计算点集内元素的数目，除以采样频率200Hz，得到振动信号的频率；偏斜率α，通过偏斜率定义α=A2-A1A1×100%]]>进行计算，在表示一个波形的点数中，计算表示半周期的点数，计算半周期内上升到最高值的点数表示非正弦波上升时间A2，以半周期的一半，既1/4周期的点数为同频率正弦波的上升时间A1，代入公式进行计算。
3.比较垂直振动各个采集点的相位差或横向晃动的振幅是否超过安全警戒，安全警戒依据设备情况进行设定，通常情况下，取相位差不超过3弧度，晃动振幅不超过0.2mm，超过即进入相应警戒状态。同时检验各个垂直振动信号的频谱，一般取任一副频率对应的幅度达到或超过主频率对应幅度的20％，则认为出现复频谱，进入警戒态，实际方式使用中，还需根据实际现场应用情况对上面参数进行调整。如果判定进入警戒态则进入步骤4，否进入步骤5。
4.产生紧急报警信息，通知现场采取紧急停车处理。
5.根据当前拉速Vc，对应工艺表中相应拉速条件下的工艺要求的下限振幅Ax，频率fx，偏斜率αx，以及上限一组参数As，频率fs，偏斜率αs，同实际振幅A，频率f，偏斜率α进行比较，若实测各个振动参数在上限参数与下限参数之间，则作为拉速稳定条件下的振动调节进入步骤7，反之为结晶器启动阶段，拉速不稳定的条件下的振动调整进入步骤6。参数差距所允许的范围根据不同的钢种的生产工艺指标进行确定。
6.将生产工艺要求中，当前拉速Vc所要求的振动工作参数范围的中点As-=Ax+As2,]]>fs-=fx+xs2,]]>αs-=αx+αs2]]>作为要求振动源输出的波形方程(公式①)系数，控制振动源输出所要求的振动参数 延时等待TR，等待调整操作完成，重新采集，重复判断相位与晃动振幅，若超过标准直接进入步骤4，正常则将调整后产生的新的一组A，f，α，同上一次拉速对应的目标工艺参数上下限Ax，fx，αx和As，fs，αs进行比较，如果A，f，α在目标参数上下限之间，回到步骤5(考虑到拉速可能没有稳定)，若落在上下限外，则到步骤4。
7.步骤7进行的是拉速稳定情况下的振动参数调节，考察当前拉速条件下对负滑脱时间的要求，根据实际的偏斜率(偏斜率一般不参与调整)，以及在当前实际振动参数下A和f计算得到的实际负滑脱时间同工艺要求的最佳负滑脱时间的差，负滑脱时间使用公式④进行计算。考虑保持振幅A不变的情况下，计算对应A，α条件下的目标频率fT使得振动的负滑脱时间能够满足要求，考察fT是否在设备允许的频率调整范围Fmax～Fmin以内，若超出范围，则计算振幅A到AT，重新计算fT，要求AT，fT能够满足负滑脱时间的要求，且都在设备可调整范围以内。确定调整的目标AT和fT后进入，检查目标与当前实际值之差是否至少有一个目标与实际值之差大于设备允许可调整的步长，是，进入步骤8，否，不必调节回到步骤1。
8.振幅和频率的调整方式为计算振动台调整增幅ΔA＝AT-A，Δf＝fT-f，振幅增幅在±λ范围内，频率增幅在±σ范围内，认为振动源的振动参数变化对振动台面的影响为比例关系ΔT＝k·Δ中，λ的范围一般可取0.2mm，σ的范围一般可取3l/min，实际应用需根据现场情况进行调整。操作振动源按各个调整段，分阶段改变振源振动参数，直到完成振动平台的振动参数的增幅ΔA，Δf调整中，各阶段所采用的调整方法是以振源设备可调整的最小调整幅度ΔAmin和频率Δfmin，进行阶段内的试探性调整，用调整后在振动平台上引起的变化ΔAmin′和Δfmin′带入线性关系式ΔT＝k·Δ中，计算对应的比例系数k，计算本阶段剩余需要振动台调整的增幅ΔAE＝ΔA-ΔAmin′，ΔfE＝Δf-Δfmin′，使用系数k，计算本阶段达到剩余增幅所需要振源调整的增幅ΔASource，ΔfSource，用该增量调整振源完成本阶段调整，开始下一个阶段调整，直到增幅ΔA和Δf达到，或最后阶段剩余的增幅ΔA，Δf小于设备可调节的最小增幅在阶段内的线性影响kΔAmin，kΔfmin。以频率调整的细节对调整方法的实际应用进行进一步说明。计算目标频率fT同某次实际频率fn的差值Δf，取频率线性变化范围为Δfd＝σ(一般取σ＝3l/min，可根据设备特别情况进行调节)。设置调整控制线性方程为ΔfT＝k·Δfsource，Δfsource为设置到振动源的频率增量，ΔfT为得到的振动平台上的实际振幅增量，ΔfT在Δfd范围内变化时k认为恒定。由实际频率向目标频率调整的过程为，以设备最小调整频率步长Δfmin作为第一次增量操作PLC输出频率使得振动台增量为Δfmin，等待调整响应时间TR后，采集调整后的垂直信号频率fn+1，计算Δfmin′＝fn+1-fn，代入线性方程中得到式Δfmin′＝k(Δfmin)，计算本阶段k值。如果需要调整的实际频率增量Δf大于其线性变化范围Δfd，进入步骤9，若小于等于线性变化范围Δfd，则进入步骤10。
9.以Δfd为第本阶段的调整的增量目标，故需要本阶段的振动平台频率调整的剩余增量为ΔfE＝Δfd-Δfmin，带入本阶段k值计算需要调整振动源的频率增量为Δfsource=ΔfEk]]>，使用该Δfsource作为振动源的频率增量对振动源进行调节。等待时间TR，采集调整后的振动参数，计算调整后的频率fn+1，以fn+1为本阶段实际频率fn用目标频率fT减去fn计算新的增量需求Δf，重复步骤8。
10.以Δf为本阶段的调整的增量目标，故需要本阶段的振动平台频率调整的剩余增量为ΔfT＝Δf-Δfmin′，使用方程，带入本阶段k值计算需要调整振动源的频率增量为Δfsource=ΔfTk,]]>使用该Δfsource作为振动源的频率增量对振动源进行调节。等待时间TR，采集调整后的振动参数，计算调整后的频率fn+1，以fn+1为本阶段实际频率fn用目标频率fT减去fn计算新的增量需求Δf，若此时的Δf依然有kΔfmin≤Δf的关系进入步骤11，否则调整过程结束，回到步骤1。
11.以Δfmin为振动源增量进行微调节，等待时间TR，采集调整后的振动频率fn+1，记为本次频率fn，计算新差Δf＝fT-fn，若Δf依然有kΔfmin≤Δf，则重复步骤11，否则调整过程结束，回到步骤1。
注方法对振动参数的调整是以实际工艺参数为基础进行调整的，故频率调整的范围内，NS值可以认定保证满足NS＜2.4％的要求。由于拉速剧烈变化往往出现在设备启动阶段，拉速为迅速连续上升过程，故控制调整的目的以安全生产为主要目的，参数变化要跟得上拉速的迅速变化，为满足调整速度的需要，故仅采用工艺表内对应参数进行快速调整，而忽略这些参数经过传动后是否完全达到设计标准，只要达到安全标准即可，以达到迅速参数调节的要求；而拉速稳定以后，结晶器按照工艺调整后已经工作在安全标准内，此时的调整以追求产品表面质量和稳定较高拉速为目的，故采用调节步骤繁复，速度较慢的微调对参数进行精化，以提高产品表面质量和稳定较高拉速。
图1是检测控制方法的整体流程实例，在图1中，一个拉速信号源1(现场以电流信号变化表示)，两个振动台晃动信号源2，四个振动台垂直振动信号源3(晃动和振动源均以电压变化信号表示)，图6中表示了振动类信号源的检测位置，其中振动台晃动信号源2分别通过检测板坯结晶器振动平台53的两个相交侧平面的振动得到，而振动台垂直振动信号源3则通过检测板坯结晶器振动平台53上平面的四个顶角位置的振动得到，原始振动由振动源55产生，振动源的振动由振动源控制器56设定。回到图1，所有信号源均通过信号采集数字化处理4行采集并转化为原始信号数据，拉速原始信号数据可通过标定后的公式Vc＝KI+B(Vc拉速，I现场用以表示拉速的电流，K，B电流与拉速线性关系系数)通过拉速计算5一转化为真实拉速数据19，振动台晃动信号源2经过信号采集数字化处理4后，经过振幅计算6，得到横向的晃动振幅数据33，振动台垂直振动信号源3经过信号采集数字化处理4后，分别要经过振幅计算6(统计波形数组平均峰峰值除以2)，得到垂直方向实际振幅数据30，经过频率计算7(统计波形数组内完整波形数目，计算表示一个完整波形的样本点数，除以采样频率)，得到垂直方向实际频率数据31，经过偏斜率计算8(偏斜率利用其定义式②进行计算)，得到垂直方向实际偏斜率数据32，通过离散傅利叶变换9(512，1024等点的蝶形运算方法)的帮助计算信号的幅频特性10以及与第一路振动台垂直振动信号源3的信号相位差11，再将得到的拉速数据5，垂直方向实际振幅数据30，垂直方向实际频率数据31，垂直方向实际偏斜率数据32，信号的幅频特性10和相频特性11同时送到综合检测判断器12(判断器内具体内容，参见图2，和图3)进行综合判断处理，判断依据所有实际振动参数与工艺要求的差是否超过警戒限制，以及超过警戒限制的参数是否可以通过设备在线调整进行恢复的原则，按参数超过警戒线的具体情况，分别将处理权交给，报警处理13(此时参数超过警戒线且无法通过设备在线调整恢复)，结晶器启动过程振动调整14(此时参数超过警戒线但可能通过设备在线调整恢复)，结晶器稳定工作过程振动优化调整15(此时参数虽然与工艺要求有差距但在安全线以内)进行处理。通过报警处理13向用户报告设备故障紧急状态，并显示产生紧急状态的原因，以防止生产事故发生。通过结晶器启动过程振动调整14在线迅速调整设备到安全工作模式，以消除故障，避免停车影响生产。通过结晶器稳定工作过程振动优化调整15对结晶器振动工作状态进行优化，以提高产品质量并使结晶器能够稳定工作在较高的拉速。若结晶器启动过程振动调整14调整成功，并该参数在下一个检测周期证明稳定则进入结晶器稳定工作过程振动优化调整15，若结晶器启动过程振动调整14调整失败则进入报警处理13。具体控制调整过程见图4，5。
图2是晃动信号检测处理流程细节实例，在图2中，两路振动台晃动信号2，通过信号采集数字化处理4转化为数字信号数组，由振幅计算6分别计算两路的横向晃动振幅数据33，在晃动数据判断处理17中，与预先设置的横向晃动误差警戒线16(一般取横向晃动在0.2mm以内)进行比较。如果超过警戒线则进入报警处理13流程，因为晃动大多为振动台机械结构故障，并故障危险程度高，通过振动源的在线调节控制困难，调节过程中容易造成生产事故，故报警，并进行进一步的垂直信号检测18以进行更多的分析。如果在警戒线以内，则直接进入垂直信号检测18对垂直方向的4路振动信号进行检测处理(具体检测过程见图3)。依据横向晃动误差警戒线16通过晃动数据判断处理17对横向晃动振幅数据33是否超过警戒线进行判断而决定方法流程的走向的判断处理过程是综合检测判断器12中的部分具体内容。
图3是振动台垂直信号检测处理流程细节实例，该细节仅显示一路垂直信号的检测处理过程，实际方法应用中，四路垂直信号均需完成本检测流程，除非任意流程被警报打断。在图3中拉速信号源1通过信号采集数字化处理4处理为电流数字原始信号，经过拉速计算5恢复为实际拉速数据19，以此为索引在以拉速为索引的工艺参数表37中寻找拉速对应工艺振幅范围24，拉速对应工艺频率范围25，拉速对应工艺偏斜率范围26三个工艺参数范围。同时振动台垂直振动信号源3的振动信号通过信号采集数字化处理4后得到相应的波形数组，数组分别经过振幅计算6，频率计算7和偏斜率计算得到该路实际振动信号的一组参数，垂直方向实际振幅数据30，垂直方向实际频率数据31，垂直方向实际偏斜率数据32。以上得到的工艺参数和实际振动参数均在数据通道传递开关22处等待进行下一步的处理。通过离散傅立叶变换9帮助计算该路垂直振动信号的幅频特性10，和相位差11，所有信号同第一路信号的相位差，即规定第一路信号为标准0相位。根据设定的频率相位警戒线设置表20中的内容(设定了符合现场需要的允许相位差范围，和副频谱线占主频谱幅度的百分比安全值，通常情况下，取相位差不超过3弧度，副频率对应的幅度不超过主频率对应幅度的20％)进行频率相位警戒线判定21，该判定为综合检测判断器12具体内容的一部分。若判定结果为合理则输送允许数据处理信号到数据通道传递开关22处打开处理开关，该开关需要四路振动信号均无报警反应才打开，以保证进入控制的前提安全。如果判定结果为超过警戒，则进入报警处理13，输出本路的开关失败信号，数据通道传递开关22收到一个开关失败信号即放弃进行调整方式选择23，反之积累在数据通道传递开关22上的工艺参数和实际振动参数在调整方式选择23进行比较，如果某一实测参数相较工艺参数很大则进入结晶器启动过程振动调整14(图4)对振动激励源进行调整，如没有过大参数差异则进入结晶器稳定工作过程振动优化调整15(图5)。若结晶器启动过程振动调整14调整成功，并该参数在下一个检测周期证明稳定则进入结晶器稳定工作过程振动优化调整15，若结晶器启动过程振动调整14调整失败则进入报警处理13。
图4是任意一路垂直振动进行紧急调整的流程实例，在图4中，由拉速数据19为索引通过查以拉速为索引的工艺参数表37获得拉速对应工艺振幅范围24，拉速对应工艺频率范围25以及拉速对应工艺偏斜率范围26，计算上述各个参数范围的中值作为振动源振动目标参数通过振动源振动参数设置27直接修改振动源振动，等待延时28，目的为等待调整振动源后的效果沿传动机构传递到振动台面过程中所消耗的时间。通过垂直信号源振动采集分析流程29，该流程为图3过程中获得垂直方向实际振幅数据30，垂直方向实际频率数据31和垂直方向实际偏斜率数据32，幅频特性10，相位差11的过程。其中幅频特性10，相位差11，结合表频率相位警戒线设置表20经过频率相位警戒线判定21进行安全判定，若为警戒状态则输出失败信号到数据通道传递开关22终止其它数据的处理，同时进入报警处理13，反之垂直方向实际振幅数据30垂直方向实际频率数据31和垂直方向实际偏斜率数据32通过数据通道传递开关22进入原拉速工艺确认判定34若实际数据依然在工艺参数拉速对应工艺振幅范围24，拉速对应工艺频率范围25以及拉速对应工艺偏斜率范围26外，则进入报警处理13，若在范围内，则采集新的拉速数据19(以虚线框区分)，通过查以拉速为索引的工艺参数表37获得相应的拉速对应工艺振幅范围24，拉速对应工艺频率范围25以及拉速对应工艺偏斜率范围26(均以虚线框区分)将其与修改后得到的垂直方向实际振幅数据30，垂直方向实际频率数据31和垂直方向实际偏斜率数据32经过新拉速工艺确认判断35进行比较，若判断实测振动参数在新查询的工艺范围内证明拉速以及稳定不再变化，进入正常振动调整状态15，若在新查询的工艺范围外，则拉速发生变化，回到结晶器启动过程振动调整14进行进一步调整。
图5是任意一路垂直振动进行正常优化调整的流程实例，在图5中，一组振动参数，垂直方向实际振幅数据30，垂直方向实际频率数据31和垂直方向实际偏斜率数据32通过垂直振动参数实际增量需求计算36进行结晶器振动台面上的需要的振幅增量的相应计算。计算以当前结晶器工作的拉速数据19为索引，在以拉速为索引的工艺参数表37中检索所需要的工艺要求的最佳负滑脱时间为目标，并结合振源控制调整数据库38(数据库内记录有，振动源振幅，频率可调整范围表和精度表，精度表内为调整的最小步长；实际振幅，频率调整的线性变化范围表)中记录的振幅和频率可调整的范围，通过负滑脱时间tN的计算公式——式④tN=60(1-α)πf·cos-1((1-α)Vc2πfA)]]>来计算振动平台上需要的需调整振动台振幅增量总目标39和需调整振动台频率增量总目标40，计算以频率调整优先，即如果只调整频率即可满足要求则不调整振幅，如果调整频率不能满足要求，或满足要求的频率在振动源调整范围以外，则计算振幅调整增量。计算后得到的，需调整振动台振幅增量总目标39和需调整振动台频率增量总目标40被送到线性范围内振动台振动参数增量计算41进行进一步处理，以振源控制调整数据库38对振源变化引起相应振动平台变化之间为线性关系(ΔT＝k·Δ)的变化范围记录为依据计算为阶段性调整的增量目标，即将整个实际需求增量按线性变化范围限制分为多个线性区段，分区段进行逐步调整。具体计算原则为将需调整振动台振幅增量总目标39和需调整振动台频率增量总目标40与已完成调整增量53(含振幅和频率，初始调整时为0)相减，得到剩余的需要调整总量，将其与振源控制调整数据库38中记录的设备振幅或频率调整的线性范围相比较，若剩余调整总量大于线性范围，则以线性范围为阶段调整目标，若小于则以剩余调整总量为阶段调整目标，计算得到阶段性实际振幅调整目标增量42，阶段性实际频率调整目标增量43，通过判断是否需要调整44决定流程方向。判断依据振源控制调整数据库38中关于振动源可调振幅最小步长46和振动源可调频率最小步长47的记录，若阶段性实际振幅调整目标增量42，阶段性实际频率调整目标增量43均小于其相应的调整步长，则认为已经达到调整极限，结束调整回到启始检测过程45，若大于相应的调整步长，则先将可调振幅最小步长46和振动源可调频率最小步长47(最小步长的设置以设备参数为基础，取能够产生对振动平台影响的最小调节单位为最小步长)作为阶段内第一次调整参数增量通过振动源振动参数设置27对振动源进行调整，经过延时28后通过振动采集流程29采集调整后的新一组振动参数垂直方向实际振幅数据30，垂直方向实际频率数据31和垂直方向实际偏斜率数据32，以虚线区分，结合原一组振动参数垂直方向实际振幅数据30，垂直方向实际频率数据31和垂直方向实际偏斜率数据32计算线性段内增量影响关系式ΔT＝k·Δ的系数k。同时以阶段性实际振幅调整目标增量42和阶段性实际频率调整目标增量43减去调整先后两次实际振动参数差，得到剩余的振动台调整增量，并通过ΔT＝k·Δ计算完成剩余的振动台调整增量所需对振源的调整，包括振源线性范围振幅剩余增量49、振源线性范围频率剩余增量50，以上计算过程图中表示为阶段内剩余振源增量需求计算48。计算结果振源线性范围振幅剩余增量49、振源线性范围频率剩余增量50结合振源控制调整数据库38中关于振动源可调振幅最小步长46和振动源可调频率最小步长47的记录，通过判断是否调整44，决定流程，若小于最小步长，则直接通过已完成调整增量累计计算51将本次完成的振动台调整增量与前次已完成增量相加得到阶段完成后已完成调整增量53，从线性范围内振动台振动参数增量计算41步骤开始重复过程，若大于最小步长，则通过振动源振动参数设置27，利用增量要求振源线性范围振幅剩余增量49、振源线性范围频率剩余增量50对振动源进行调整，经过延时28后通过振动采集流程29采集调整后的新一组振动参数垂直方向实际振幅数据30，垂直方向实际频率数据31和垂直方向实际偏斜率数据32，再将完成的增量通过已完成调整增量累计计算51累计到已完成调整增量53中去，更新已完成调整增量53数据，从线性范围内振动台振动参数增量计算41步骤开始重复过程。过程直到阶段性实际振幅调整目标增量42，阶段性实际频率调整目标增量43均小于可调整最小步长时结束。
权利要求
1.一种板坯连铸结晶器振动台振动检测控制方法，其特征在于，它包括如下步骤1)采集垂直振动信号4路、横向晃动信号2路、拉速Vc信号1路，计算垂直信号之间的相位差、各个垂直振动信号的频谱、所有垂直信号和所有晃动信号的振幅、所有垂直振动信号的频率f和偏斜率α；2)比较垂直振动各个采集点的相位差或横向晃动的振幅是否超过安全警戒，检验各个垂直振动信号的频谱是否超过安全警戒，超过安全警戒紧急报警信息；3)结晶器启动过程振动控制结晶器启动阶段，拉速Vc迅速上升，配合拉速Vc变化而进行的振动台调整方法为根据当前拉速Vc条件下，板坯生产工艺对板坯连铸结晶器的振动参数范围要求同实测台面振动参数进行比较，若实测振动参数在工艺允许范围外，则控制振动源输出满足工艺允许范围的振动参数，采集改动后的振动台面振动参数，与前工艺范围进行比较，若实测新振动参数依然在工艺允许范围外，进行报警，反之，采集新的拉速Vc，取该拉速条件下板坯生产工艺的结晶器振动参数范围要求，若当前振动参数在新拉速对应的振动范围要求外，则重复调整振动源过程以适应新拉速，重复调整直到结晶器启动完毕，拉速Vc进入稳定工作过程，进行调整的振动参数包括结晶器振幅，结晶器振动频率，结晶器振动波形偏斜率；4)结晶器稳定工作过程中振动优化控制考察当前拉速Vc条件下对板坯生产工艺对负滑脱时间的要求，根据实测台面偏斜率α，和实测振幅A计算达到生产工艺要求的负滑脱时间tN所需要的台面振动频率fT，依据计算公式为负滑脱计算公式tN=60(1-α)πf·cos-1((1-α)Vc2πfA),]]>若fT超过振动源提供的频率范围，则通过调整振幅到AT，使fT和AT均在振动源提供的频率和振幅范围以内，调整振动源激励，使激励源最终在结晶器振动台面产生的频率和振幅达到产生相应负滑脱时间所需频率fT和振幅AT。
2.根据权利要求1所述的一种板坯连铸结晶器振动台振动检测控制方法，其特征在于，所述的垂直振动信号为在结晶器振动平台表面四个顶点上分别进行采集的共4路振动方向垂直于平台表面的振动信号；横向晃动信号为在结晶器振动平台的两个相交侧面上分别进行采集的共2路振动方向与相应侧面垂直，与平台平面平行的横向晃动信号。
3.根据权利要求1所述的一种板坯连铸结晶器振动台振动检测控制方法，其特征在于，所述的计算垂直信号之间的相位差，各个垂直振动信号的频谱以其中一路垂直信号的相位作为基准0相位，计算其它信号同该路信号的相位差，各路信号的相位计算可通过离散傅立叶算法计算幅频特性和相频特性，取主频对应的相位为该信号的相位，所得幅频特性为信号的频谱。
4.根据权利要求1所述的一种板坯连铸结晶器振动台振动检测控制方法，其特征在于，所述的计算所有垂直信号和所有晃动信号的振幅结晶器平台振动为类正弦振动，振幅相对起振位置对称，故在采集得到的512点或1024点数组内寻找采样点中的最大值和最小值，计算两个最值的中值点，在大于中值点的所有值中寻找所有符合如下特征的点，该点的以前的点中有且仅有一个低于中值的点，该点以后的点中有且仅有一个低于中值的点，该点为两个低于中值点之间所有点中的最大值，其为一次波峰，相似的算法，取两个高于中值的点之间的最小值为一次波谷，计算平均波峰值和平均波谷值，计算峰峰值，取其一半得到振动振幅。
5.根据权利要求1所述的一种板坯连铸结晶器振动台振动检测控制方法，其特征在于，所述的计算所有垂直振动信号的频率f结晶器平台振动频率远低于25Hz，使用200Hz的采样频率对连续信号进行数字化，采集512点或1024点，在得到的采样点数组内找到表示一个完整波形所需要的点集，完整波形所需要的点集为连续出现的两个波峰或连续出现的两个波谷之间所有采样点构成的集合，波峰，波谷点在振幅计算中已经得到，计算点集内元素的数目，除以采样频率200Hz，得到振动信号的频率。
6.根据权利要求1所述的一种板坯连铸结晶器振动台振动检测控制方法，其特征在于，所述的计算偏斜率α在表示一个波形的点数中，计算表示半周期的点数，计算半周期内上升到最高值的点数表示非正弦波上升时间A2，以半周期的一半，既1/4周期的点数为同频率正弦波的上升时间A1，通过定义α=A2-A1A1×100%]]>进行计算，得到波形的偏斜率。
7.根据权利要求1所述的一种板坯连铸结晶器振动台振动检测控制方法，其特征在于，所述的比较垂直振动各个采集点的相位差或横向晃动的振幅是否超过安全警戒，检验各个垂直振动信号的频谱是否超过安全警戒其中相位差的安全警戒设置为相位差在3弧度以内，晃动的振幅安全警戒设置为各方向晃动振幅在0.2mm以内，对垂直信号的频谱安全警戒要求为通过离散傅立叶算法计算信号的幅频特性——频谱，在特性中如果任一副频率对应的幅度达到或超过主频率对应幅度的20％，则认为出现复频谱，即产生频谱的安全警戒。
8.根据权利要求1所述的一种板坯连铸结晶器振动台振动检测控制方法，其特征在于，所述的结晶器启动过程振动控制，启动过程调整振动源的方法为设工艺要求的振动参数振幅范围为Ax～As，频率范围为fx～fs，偏斜率范围为αx～αs，取中值As-=As+Ax2,fs-=fs+fx2,]]>αs-=αs+αx2]]>作为调整振动源波形输出的控制参数，结晶器的振动参数范围要求根据不同的钢种的生产工艺指标进行确定。
9.根据权利要求1所述的一种板坯连铸结晶器振动台振动检测控制方法，其特征在于，所述的结晶器稳定工作过程中振动优化控制，稳定工作过程中调整振动源的方法为计算振动台调整增幅ΔA＝AT-A，Δf＝fT-f，振幅增幅在±λ范围内，频率增幅在±σ范围内，认为振动源的振动参数变化对振动台面的影响为比例关系ΔT＝k·Δ，其中λ的范围取0.2mm，σ的范围取3l/min，将需要调整的增幅，按线性范围分为几个调整段，ΔA1...ΔAn，其中n为不小于 最小整数，Δf1...Δfn其中n为不小于 最小整数；振幅调整段的绝对值不大于λ，频率调整段的绝对值不大于σ；操作振动源按各个调整段，分阶段段改变振源振动参数，直到完成振动平台的振动参数的增幅ΔA，Δf调整，振动源提供的频率范围为0l/min～900l/min，振动源提供的振幅范围为0mm～8mm。
10.根据权利要求7所述的一种板坯连铸结晶器振动台振动检测控制方法，其特征在于，所述的操作振动源按各个调整段，分阶段改变振源振动参数，直到完成振动平台的振动参数的增幅ΔA，Δf调整各阶段所采用的调整方法是以振源设备可调整的最小调整幅度ΔAmin和频率Δfmin，进行阶段内的试探性调整，用调整后在振动平台上引起的变化ΔAmin′和Δfmin′带入线性关系式ΔT＝k·Δ中，计算对应的比例系数k，计算本阶段剩余需要振动台调整的增幅ΔAE＝ΔA-ΔAmin′，ΔfE＝Δf-Δfmin′，使用系数k，计算本阶段达到剩余增幅所需要振源调整的增幅ΔASource，ΔfSource，用该增量调整振源完成本阶段调整，开始下一个阶段调整，直到增幅ΔA和Δf达到，或最后阶段剩余的增幅ΔA，Δf小于设备可调节的最小增幅在阶段内的线性影响kΔAmin，kΔfmin。
全文摘要
本发明公开了一种板坯连铸结晶器振动台振动检测控制方法。包括如下步骤1)采集垂直振动信号4路、横向晃动信号2路、拉速V
文档编号B22D11/11GK1951604SQ20061015463
公开日2007年4月25日 申请日期2006年11月13日 优先权日2006年11月13日
发明者王友钊, 刘光穆, 吴非, 焦国华, 戴开发, 孟征兵 申请人:浙江大学
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